Acinetobacter baumannii est un pathogène opportuniste qui prend une importance clinique croissante du fait de l’acquisition de multi-résistance. Nous avons étudié chez A. baumannii les caractéristiques et la régulation des intégrons de classe 1 (IM1) qui sont des systèmes génétiques favorisant l’acquisition, l’expression et la dissémination des gènes de résistance aux antibiotiques. Nous avons montré qu’il existe une prédominance des promoteurs des cassettes Pc fort in vivo dans une collection d’isolats cliniques et d’environnement hospitalier et in silico dans les IM1 chez A. baumannii. Nous avons aussi montré que l’expression des Pc chez A. baumannii est 4 fois plus faible que chez E. coli, quel que soit le variant de Pc. Deux explications sont possibles pour la sélection des Pc forts chez A. baumannii : (i) la nécessité d’avoir un niveau d’expression suffisant en clinique pour survivre à la pression de sélection antibiotique et (ii) la nécessité d’une régulation de l’expression de l’intégrase, représentant un coût biologique important. En effet, A. baumannii ne possède pas le système de répression par LexA existant chez E. coli. Nos résultats ouvrent le champ de l’étude de la régulation des IM1 chez A. baumannii et ainsi l’identification de nouvelles voies d’action pour lutter contre l’antibio-résistance / Acinetobacter baumannii is an opportunistic pathogen of increasing clinical importance due to the acquisition of multi-resistance. We studied in A. baumannii the characteristics and regulation of class 1 integrons (IM1), which are genetic systems that favor the acquisition, expression and dissemination of antibiotic resistance genes. We have shown that there is a predominance of strong Pc cassette promoters, in vivo, in a collection of clinical and hospital environment isolates, and in silico, from A. baumannii IM1 published in NCBI. We have also shown that the expression of Pc in A. baumannii is 4-fold lower than in E. coli, regardless of the Pc variant. Explanations that can be raised for the selection of strong Pc in A. baumannii are: (i) the need for a sufficient level of antibiotic resistance expression to survive the selection pressure in clinical environment; and (ii) the need for regulation of the integrase expression, which is of significant biological cost. Indeed A. baumannii does not have the LexA repression system existing in E. coli. Our results open the field of the study of IM1 regulation in A. baumannii and thus the identification of new pathways to fight antibiotic resistance.

La tularémie est une zoonose liée à la bactérie Francisella tularensis, hautement pathogène pour l’homme. La sous espèce la plus virulente, F. tularensis subsp. tularensis, est retrouvée uniquement en Amérique du Nord, alors que la sous-espèce F. tularensis subsp. holarctica est présente dans tout l’hémisphère Nord. En France toutes les souches appartiennent au biovar I de la sous-espèce holarctica et plus précisément au groupe phylogénétique B.FTNF002-00. Bien que rarement grave en France, la tularémie pose le problème de taux d’échecs thérapeutiques élevés, jusqu’à 25% en cas de traitement par ciprofloxacine ou gentamicine, et 35% pour la doxycycline. Les causes de ces échecs ne sont pas bien élucidées à l’heure actuelle. L’analyse de la littérature ainsi que la détermination de la sensibilité de 59 souches françaises de F. tularensis subsp. holarctica à 18 antibiotiques, confirment qu’aucune souche isolée à ce jour ne présente de résistance acquise à ces trois familles d’antibiotiques, qui représentent le traitement de première ligne de la tularémie. Les fluoroquinolones (en particulier la ciprofloxacine et la lévofloxacine) présentent concentrations minimales inhibitrices les plus basses, devant la gentamicine et la doxycycline. Les données disponibles in vitro et en modèle animal étant corrélées aux données humaines en termes d’efficacité et de taux d’échecs thérapeutiques, il semble néanmoins préférable de positionner la ciprofloxacine en première ligne pour le traitement des formes modérées de tularémie et de limiter l’utilisation de la doxycycline aux cas de contre-indication aux fluoroquinolones. L’azithromycine et la télithromycine ont été identifiées comme des alternatives thérapeutiques envisageables en cas d’infection par une souche de biovar I de F. tularensis subsp. holarctica lorsqu’existe une contre-indication aux traitements de première ligne. Des études en modèles animaux restent néanmoins nécessaires pour conforter ces dernières observations. La sélection in vitro de souches résistantes aux fluoroquinolones est possible, ce qui suggère la possibilité d’émergence de mutants résistants in vivo pour expliquer les taux d’échec thérapeutiques. Les principales mutations de résistance aux fluoroquinolones chez F. tularensis sont observées au niveau des gènes gyrA et gyrB codant pour les topoisomérases de type II. L’impact fonctionnel de mutations de résistances aux fluoroquinolones a été caractérisé in vitro chez F. novicida, pris comme modèle de bactérie avirulente proche de F. tularensis. L’activité de superenroulement et de clivage de l’ADN en présence de fluoroquinolones a été déterminée suite à la reconstruction in vitro de complexes GyrA/GyrB fonctionnels. La résistance aux fluoroquinolones était la plus forte en cas de mutation D87G/D87Y pour la sous-unité GyrA ou +P466 pour la sous-unité GyrB. La mutation P43H située en dehors du QRDR de GyrA est à l’origine d’un plus faible niveau de résistance. La mutation D487R-∆K488 en dehors du QRDR de GyrB ne confère pas de résistance intrinsèque mais potentialise l’effet d’une mutation D87G concomitante. En revanche, l’identification de mutations de résistance in vivo au sein des QRDR des gènes gyrA et gyrB chez des patients en situation d’échec thérapeutique traités par une fluoroquinolone est demeurée négative. Enfin, notre recherche a permis d’identifier de nouveaux composés de synthèse de structure bis-indolique possédant des activités antibactériennes. Ces composés sont bactériostatiques vis-à-vis de F. tularensis mais bactéricides vis-à-vis des staphylocoques y compris vis-à-vis de souches multi-résistantes de Staphylococcus aureus avec des CMI90 évaluées à 2mg/L chez F. tularensis et S. aureus pour le composé le plus actif. La faible solubilité de ces composés en milieu aqueux, leur forte liaison aux protéines plasmatiques ainsi que la recherche de leur mécanisme d’action original appellent néanmoins de nombreux développements futurs. / Tularemia is a zoonosis caused by the highly pathogenic bacterium Francisella tularensis. The most virulent subspecies, F. tularensis subsp. tularensis, is found only in North America while the subspecies F. tularensis subsp. holarctica is present in the whole Northern hemisphere. In France, all strains belong to the biovar I of the subspecies holarctica and more specifically to the phylogenetic subclade B.FTNF002-00. Although tularemia is usually not a severe disease in France, many patients suffer from therapeutic failures despite receiving an appropriate treatment. These treatments failures are observed in up to 25% of patients treated with ciprofloxacin or gentamicin, and up to 35% if patients treated with doxycycline. The causes of those therapeutic failures remain poorly elucidated. Analysis of the literature and determination of the susceptibility of 59 French F. tularensis subsp. holarctica strains to 18 antibiotics confirmed that to date, no strain with acquired resistance to any of the first-line antibiotics used for treatment of tularemia have been isolated. The fluoroquinolones (in particular ciprofloxacin and levofloxacin) exhibit the lowest minimal inhibitory concentrations, compared to gentamicin and doxycycline. Data obtained in vitro and in animal models are concordant with human data concerning the efficacy of antibiotics and therapeutic failure rates. Thus, we advocate the use of ciprofloxacin as first-line treatment for mild form of tularemia, and the use of doxycyclin only as a second-line treatment in patients with contraindications to fluoroquinolones. Azithromycin and telithromycin may also be considered as potential therapeutic alternatives for tularemia cases caused by biovar I strains of the susbspecies holarctica, but only for patients with contraindications to first-line antibiotics. Further data in animal models are however required to consolidate our in vitro data. The in vitro selection of fluoroquinolone-resistant strains of F. tularensis has been reported. This suggests that the in vivo selection of such resistant mutants may occur. In vitro, the main fluoroquinolone resistance mutations occur in the gyrA and gyrB genes that encode type II topoisomerases of F. tularensis. We have characterized the functional impact of such mutations in avirulent F. novicida strains, taken as a surrogate of F. tularensis. Supercoiling and DNA cleavage activity of GyrA/GyrB complexes reconstituted in vitro have been determined in the presence of fluoroquinolones. Fluoroquinolone resistance level was the highest in strains with a D87G/D87Y mutation in the GyrA subunit or +P466 mutation in the GyrB subunit. The mutation P43H located outside the GyrA Quinolone-Resistance-Determining-Region (QRDR) confered significant but lower fluoroquinolone resistance. The mutation D487R-∆K488 also outside GyrB QRDR did not cause fluoroquinolone resistance by itself, but increased the resistance level in case of concomitant D87G mutation. No mutation could be identified in vivo in the QRDR of gyrA and gyrB genes amplified from clinical samples collected in patients treated with a fluoroquinolone, although some of them experienced therapeutic failure. Finally, while searching for new antibiotic compounds, we identified new synthetic bis-indolic derivatives with antibacterial activity. Lead compounds were only bacteriostatic against F. tularensis but bactericidal against staphylococci including against multi-drug-resistant Staphylococcus aureus. MIC90 were measured at 2mg/L for F. tularensis and S. aureus strains for the most active compound. However, many developments are still required to improve their solubility in water, decrease their plasma proteins binding and elucidate their original mechanism of action.

Achromobacter xylosoxidans est un bacille à Gram négatif non fermentaire pathogène opportuniste. Il est de plus en plus fréquemment isolé chez les patients atteints de mucoviscidose, colonisant leur arbre bronchique et pouvant être responsable d’une dégradation de la fonction respiratoire. Il s’agit d’une espèce bactérienne naturellement résistante à de nombreux antibiotiques : aux céphalosporines (hors ceftazidime), à l’aztréonam et aux aminosides. Les résistances acquises sont fréquentes, en particulier dans les souches isolées d’expectorations de patients atteints de mucoviscidose. Ces résistances acquises concernent des molécules antibiotiques très utilisées pour le traitement des exacerbations respiratoires de la maladie, ce qui conduit parfois à de véritables impasses thérapeutiques. Au début de notre travail, seuls quelques mécanismes de résistance acquise aux β-lactamines avaient été décrits, mais aucun mécanisme impliqué dans la multi-résistance naturelle d’A. xylosoxidans.La résistance aux antibiotiques par efflux actif de type Resistance-Nodulation-cell Division (RND) est très répandue chez les bacilles à Gram négatif non fermentaires. Nous avons identifié dans le génome d’A. xylosoxidans trois opérons pouvant coder pour des systèmes d’efflux RND. Par une technique d’inactivation génique nous avons montré que les trois systèmes d’efflux (AxyABM, AxyXY-OprZ et AxyCDJ) pouvaient exporter des antibiotiques. Deux d’entre eux participent à l’antibio-résistance naturelle d’A. xylosoxidans : AxyABM (résistance à l’aztréonam et à plusieurs céphalosporines) et AxyXY-OprZ (résistance aux aminosides) / Achromobacter xylosoxidans is a nonfermentative Gram-negative bacillus considered to be an opportunistic agent. It is an emerging pathogen in cystic fibrosis (CF), increasingly recovered from the respiratory tract of CF patients. It can cause inflammation and therefore might be involved in the decline of the lung function.This species is innately resistant to many antibiotics, including cephalosporins (except ceftazidime), aztreonam, and aminoglycosides. Moreover the isolates recovered from CF patient sputum are often resistant to major antimicrobial components usually prescribed to treat pulmonary infections. There was very little known about acquired resistance and nothing about innate resistance mechanisms when we started this work.Antibiotic resistance mediated by Resistance-Nodulation-cell Division (RND)-type efflux pumps is widespread among nonfermentative Gram-negative bacilli. We have characterized three putative RND operons in A. xylosoxidans genome. By using a gene inactivation technique we have demonstrated that these operons encode efflux systems (AxyABM, AxyXY-OprZ and AxyCDJ) able to export antibiotics. Two of them are strongly involved in A. xylosoxidans innate antibiotic resistance: AxyABM (resistance to aztreonam and various cephalosporins) and AxyXY-OprZ (aminoglycoside resistance).

Recentemente, o bis-(3\',5\')-di-guanosina monofosfato cíclico (c-di-GMP) surgiu como uma importante molécula sinalizadora nas bactérias. Essa molécula foi identificada como uma das responsáveis pelo controle do comportamento bacteriano e está relacionada com a patogenicidade e a adaptação de diversas bactérias, coordenando a expressão de genes envolvidos com virulência, motilidade e formação de biofilme. O mecanismo pelo qual c-diGMP atua vem sendo motivo de estudo de vários grupos de pesquisa nos últimos anos. Já foi demonstrado o papel dessa molécula em diferentes etapas do controle da expressão gênica. Acredita-se que a manipulação dos níveis de c-di-GMP pode ser uma nova abordagem terapêutica contra bactérias patogênicas. Pseudomonas aeruginosa é uma proteobactéria do grupo gama, que atua como um patógeno oportunista, causando infecções em pacientes imunocomprometidos, sendo o maior causador de infecções crônicas em pacientes portadores de fibrose cística. O genoma de P. aeruginosa PA14 apresenta vários genes que codificam proteínas envolvidas no metabolismo e/ou ligação de c-di-GMP, o que pode indicar um amplo papel regulatório deste nucleotídeo nessa bactéria. Uma associação infundada entre níveis elevados de c-di-GMP e a resistência aos antibióticos é geralmente assumida, já que altos níveis de c-di-GMP levam à formação de biofilme, que é comprovadamente um modo de crescimento mais resistente. Nesse trabalho, utilizando uma abordagem proteômica, mostramos que Pseudomonas aeruginosa PA14 regula a expressão de cinco porinas em resposta a variações nos níveis de c-di-GMP, independentemente dos níveis de mRNA. Uma dessas porinas, OprD, é responsável pela entrada do antibiótico β-lactâmico imipenem na célula e é menos abundante em condições de alto c-di-GMP. Também demonstramos que linhagens com altos níveis de c-di-GMP apresentam uma vantagem competitiva de crescimento em relação a linhagens com níveis mais baixo de c-di-GMP quando crescidas em meio contendo imipenem. Em contraste, observamos que células planctônicas com elevados níveis c-di-GMP são mais sensíveis a tobramicina. Em conjunto, estes resultados mostram que c-di-GMP pode regular a resistência a antibióticos em sentidos opostos, e independentemente do crescimento em biofilme / Following the genomic era, a large number of genes coding for enzymes predicted to synthesize and degrade 3\'-5\'-cyclic diguanylic acid (c-di-GMP) was found in most bacterial genomes and this dinucleotide emerged as an important intracellular signal molecule controlling bacterial behavior. Diverse molecular mechanisms have been described as targets for c-di-GMP, but several questions remain to be addressed. An association between high c-di-GMP levels and antibiotic resistance is largely assumed, since high c-di-GMP upregulates biofilm formation and the biofilm mode of growth leads to enhanced antibiotic resistance; however, a clear understanding of this correlation is missing. Pseudomonas aeruginosa is a versatile gamma-proteobacterium that behaves as an opportunistic pathogen to a broad range of hosts. The ability of P. aeruginosa to form biofilms contributes to its virulence and adaptation to different environments. The P. aeruginosa PA14 genome presents several genes encoding proteins involved in metabolism or binding to c-di-GMP, which may indicate a wide regulatory role of this nucleotide in this bacterium. Here, using a proteomic approach, we show that Pseudomonas aeruginosa PA14 regulates the amount of five porins in response to c-di-GMP levels, irrespective of their mRNA levels. One of these porins is OprD, decreased in high c-di-GMP conditions, which is responsible for the uptake of the β-lactam antibiotic imipenem. We also demonstrate that this difference leads strains with high c-di-GMP to be more resistant to imipenem even when growing as planktonic cells, giving them a competitive advantage over cells with low c-di-GMP. Contrastingly, we found that planktonic cells with high c-di-GMP levels are more sensitive to aminoglycosides antibiotics. Together, these findings show that c-di-GMP levels can regulate the antibiotic resistance to different drugs in opposite ways and irrespective of a biofilm mode of growth.

L'utilisation d'antibiotiques pour lutter contre les infections bactériennes a favorisé l'émergence de souches résistantes. Comprendre les mécanismes de résistance est crucial pour lutter contre ces pathogènes. Cette thèse propose une étude structurale d'une pompe à efflux multidrogues de Pseudomonas aeruginosa qui se compose d'un transporteur MexB, d'une protéine canal OprM et d'une protéine adaptateur MexA. Les partenaires du complexe tripartite stabilisés en nanodisques ont permis la formation du complexe in vitro. L'optimisation des conditions de production du complexe a permis de cribler les différents paramètres régissant son assemblage. L'étude structurale par cryo-ME révèle un complexe de 30 nm de long en conformation de repos. L'étude de la stabilisation des protéines membranaires par nanodisques a conduit au développement d'un système minimal, débarrassé des lipides. Ce système minimal a révélé la nécessité d'une phase lipidique autour de MexB pour l'assemblage du complexe. / Antibiotics use against bacterial infections has led to the emergence of resistance. Understanding the mechanisms underlying resistance to antibiotics is critical to fight against these pathogens. This thesis presents a structural study of a multidrug efflux pump in Pseudomonas aeruginosa, composed of a transporter MexB, an exit duct OprM and an adaptor protein MexA. The proteins reconstituted in nanodiscs allowed tripartite complex formation in vitro. Optimization of yield led to the identification of key parameters governing complex assembly. Structural cryo-EM study revealed a 30 nm long complex in a resting state. The study of membrane protein stabilization by nanodisks led to the development of a minimal system devoid of lipids. This system showed a lipid phase around MexB is required for complex formation.

Découverte il y a plus d’un siècle, Salmonella n’a cessé d’intriguer les chercheurs. Sa capacité à résister à de nombreux antibiotiques est de plus en plus préoccupante. La surveillance de ce pathogène repose sur un typage rapide et discriminant de façon à identifier le plus précocement possible les sources alimentaires contaminées. Les méthodes classiques sont longues, lourdes et non automatisables. Comprendre l’émergence et l’évolution des Salmonella est la clé pour éradiquer ce pathogène resté l’une des premières causes de diarrhées bactériennes d’origine alimentaire dans le monde. Au cours des dernières décennies, des progrès spectaculaires ont été menés dans le monde de la microbiologie avec l’arrivée des séquenceurs de paillasse, passant du traitement d’une dizaine à des centaines de millions de séquences. L’accès facilité aux séquences génomiques et aux outils qui leurs sont dédiés sont devenus une nécessité. Les outils actuellement disponibles ne sont pas assez discriminants pour sous-typer S. enterica sérotype Typhimurium (STM), sérotype prédominant de Salmonella. Nous avons voulu lors de ce travail, montrer l’intérêt du séquençage entier du génome, pour l’étude génomique de Salmonella. (1) Après avoir séquencé plus de 300 génomes de STM, nous avons mis au point un outil de sous-typage in silico de ce sérotype, basé sur le polymorphisme des CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). La surveillance à haut débit des salmonelloses a été validée en routine sur plus de 800 génomes. L’étude de la coévolution entre le chromosome (SNPs) et les régions CRISPR ont permis d’établir une nomenclature définissant les différentes populations de STM. (2) L’analyse génomique de 280 souches historiques de STM a montré que les gènes de bêta-lactamase conférant une résistance à l’ampicilline et portés par des plasmides étaient répandus chez STM à la fin des années 1950, bien avant l’utilisation de cet antibiotique. La présence de la pénicilline G dans le milieu agricole où ces composés ont été utilisés en tant que promoteurs de croissance ont pu conduire à la sélection des premières souches résistantes à l’ampicilline. (3) L’étude phylogénétique d’un génome issu du cadavre d’une femme décédée il y a plus de 800 ans, probablement à cause de la fièvre entérique et de 219 génomes historiques et récents des sérotypes Paratyphi C, Choleraesuis et Typhisuis ont montré que leurs génomes étaient très similaires au cours des 4000 dernières années. Ainsi, la combinaison des approches génotypique et phylogénétique ont accru nos connaissances sur l’évolution de ce pathogène.Mots clés : Séquençage entier du génome, surveillance épidémiologique, CRISPR, SNP, résistance antibiotique, phylogénie, évolution / Over a century has passed since the discovery of Salmonella and yet, this pathogen still intrigues researchers. Its ability to withstand many antibiotics is of increasing concern. The monitoring of this pathogen is based on a rapid and discriminatory typing to identify the sources of contaminated food as early as possible. The conventional methods are long, heavy and non-automatable. Understanding the emergence and evolution of Salmonella is the key to eradicate this pathogen, which has remained one of the leading causes of foodborne bacterial diarrhea in the world. During the last decades, spectacular progress has been made in the world of microbiology with the arrival of workbench sequencers, passing from a dozen to hundreds of millions of sequences processed. Facilitated access to numerous genome sequences and dedicated tools are mandatory. Tools currently available are not sufficiently discriminating for the subtype of S. enterica serotype Typhimurium, a predominant serotype of Salmonella. Throughout this study, we showed the interest of whole genome sequencing, a multidisciplinary tool, for the genomic study of Salmonella. (1) After sequencing over 300 S. enterica serotype Typhimurium genomes, we have developed an in silico subtyping tool for this serotype, based on the CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) polymorphism. High-throughput microbiological monitoring of salmonellosis has been routinely validated on over 800 genomes. The study of coevolution between the chromosome (SNPs of the core genome) and the two CRISPR regions made it possible to establish a nomenclature defining the different populations of this serotype. (2) Genomic analysis of 280 historical strains of S. enterica serotype Typhimurium showed that plasmids carrying beta-lactamase genes, which confer resistance to ampicillin, were widespread within this serotype in the late 1950s, years before ampicillin was first used for clinical purposes. The presence of penicillin G in the farming environment where these compounds were used as growth promoters, may have led to the selection of the first ampicillin-resistant strains. (3) The phylogenetic study of a genome from the corpse of a young woman who died over 800 years ago, probably due to enteric fever, and 219 historical and recent genomes of the serotypes Paratyphi C, Choleraesuis and Typhisuis have shown, despite the differences in host specificity, that their genomes were very similar over the past 4000 years. Thus, the combination of genotypic and phylogenetic approaches has increased our knowledge of the evolution of this pathogen.Key words: Whole genome sequencing, epidemiological monitoring, CRISPR, SNP, antibiotic resistance, phylogeny, evolution

La tuberculose (TB) reste parmi les 10 premières causes de décès dans le monde ; l’émergence/réémergence de la TB résistante aux antituberculeux aggrave la situation et représente un défi majeur pour l’éradication de la TB. Le Laos est entouré par des pays fortement touchés par la TB et la TB multi-résistante (MDR) et cette maladie représente une priorité en termes de santé publique dans ce pays. Il n’existe encore aucune donnée sur la structure génétique et la résistance aux antibiotiques de la population de M. tuberculosis au Laos.Dans ce contexte, ce travail avait pour but d’analyser la diversité génétique et la structure des populations de M. tuberculosis ainsi que les déterminants génétiques associés à la résistance à partir d’échantillons collectés lors de l’enquête de prévalence nationale de la Tuberculose (TBPS) 2010-2011, l’enquête de résistance aux antituberculeux (DRS) 2016-2017 et chez les cas suspects de MDR-TB au Laos (2010-2014). Plusieurs techniques d’analyses ont été utilisées, comprenant les tests de sensibilité aux médicaments (phénotypique et génotypique), le séquençage et le génotypage par spoligotypage et MIRU-VNTR. Les données ont été analysées par des méthodes statistiques et phylogénétiques.Premièrement, ce travail s’est focalisé sur la diversité des familles de M. tuberculosis circulant au Laos. Les familles EAI et Beijing (76.7% et 14.4% respectivement) ont été principalement observées dans les échantillons de TBPS, alors que la famille Beijing était plus fréquente dans les échantillons de DRS et chez les patients suspectés de MDR-TB (35% et 41% respectivement). La transmission récente était non-négligeable avec un taux de « clustering » global de 11.9%, et des taux pour Beijing de 20 % et EAI de 11 %. Deuxièmement, les résultats ont révélé des profils de résistance très diverses allant de la mono-résistance jusqu’à la pré-XDR (ultrarésistance). Les mutations associées aux profils de résistance ont montré une grande diversité, avec cependant certaines mutations majeures dans les gènes rpoB, katG, et rpsL. Le gène pncA a montré un pattern différent avec de la diversité sans mutations prééminentes. En plus des mutations détectées, des délétions et insertions de bases ont été également observées. Le séquençage a montré son utilité pour la détection de la résistance aux antibiotiques dans les trois échantillons à l’étude. Enfin, la famille Beijing, famille la plus problématique au niveau mondial en termes de résistance et de transmissibilité, a été identifiée de manière significative dans le groupe de patients <35 ans, principalement dans les provinces du Nord, dans les cas de transmissions récentes et chez les isolats très résistants. Tous ces points suggèrent un risque d’émergence de la MDR-TB accrue au Laos dû à la famille Beijing.En conclusion, cette étude permet d’avoir pour la première fois un aperçu de la structure des populations de M. tuberculosis au Laos. Les résultats soulignent le risque d’augmentation du nombre de cas infectés par la famille Beijing et donc des cas de résistance. Pour empêcher une dégradation de la situation, il est essentiel d’améliorer les stratégies pour le dépistage des résistances et de développer des tests moléculaires capables de couvrir un large nombre de mutations qui soit simple à implémenter dans les pays à ressources limités. Les résultats de ce travail serviront de base en termes de famille/sous-famille/génotype et de mutations associées à la résistance au Laos. Ces données pourront être comparées avec de futures études/analyses pour étudier l’évolution de la TB et de la TB résistante et ainsi d’évaluer l’efficacité des politiques de contrôle mises en place. La description des mutations associées aux résistances est utilisée pour créer une base de données régionale en collaboration avec le Vietnam et le Cambodge pour développer un outil de diagnostic basé sur la technologie des puces à ADN pour améliorer la détection de la résistance dans la région. / Tuberculosis (TB) is still one of the top 10 leading causes of death worldwide; the emergence/re-emergence of drug resistant TB aggravates the situation globally and challenges the prospect of ending TB by 2035. Lao PDR is surrounded by TB and MDR-TB high burden countries and TB continues to be one of the priority infection diseases in this country. The prevalence of TB in 2010 was almost twice as high than previous estimates and little is known about drug resistance. Up to now, M. tuberculosis population data regarding drug resistance and genetic structure are totally absent. In this context, we aimed to study the diversity and the structure of M. tuberculosis population and the genetic determinants associated to drug resistance using clinical samples collected from the TB prevalence survey (TBPS), 2010-2011; from the Drug resistance survey (DRS), 2016-2017 and from presumptive MDR-TB cases in Lao PDR (2010-2014). Various methods and analyses were used, including drug susceptibility testing (phenotypic and genotypic), DNA sequencing and genotyping of M. tuberculosis using spoligotyping and MIRU-VNTR. The data were analyzed by statistical and phylogenetic analyses.Firstly, this work was focused on the diversity of M. tuberculosis families circulating in Lao PDR. According to the result form TBPS, EAI and Beijing family (76.7% and 14.4% respectively) were mainly observed, while Beijing family was more observed in DRS, and presumptive MDR-TB cases (35% and 41% respectively). The level of recent transmission in Lao PDR was non-negligible with a global clustering rate of 11.9% and in Beijing and EAI of 20% and 11%, respectively. Secondly, the results demonstrated the diversity of drug resistant patterns from mono-resistance to pre-extensively drug resistance (pre-XDR). A high diversity of mutations associated with drug resistance was also observed, however common mutations were mainly found (e.g: mutations in rpoB gene, katG and rpsL). The pattern was different for pncA gene, we observed a diversity of mutations without preeminent ones. Besides the number of known and unknown mutations associated with anti-TB drug resistance, deletion and insertion of bases were also observed. The sequencing showed its usefulness for drug resistance detection. Lastly, Beijing family, which is the more problematic family in the world in terms of resistance and transmissibility, was observed on a significant manner in young age group, mainly in the northern provinces, in recent transmission cases and among highly drug resistant isolates, suggesting an increasing risk of highly drug resistance TB due to highly transmissible Beijing strains in Lao PDR.In conclusion, this study provides the first genetic insights into the M. tuberculosis population in Lao PDR. The results underline the risk of increase of Beijing and drug resistant TB in the country. In order to prevent a more serious situation in the future regarding drug resistance as observed in neighboring countries, there is an urgent need of effective strategy improvement for drug resistance screening and the development of rapid molecular tests that cover a large number of drug resistance simultaneously with a feasible implementation in the limited resource countries. The results of genotyping from our study will be the baseline of families/subfamilies/genotype of M. tuberculosis population and of the mutations associated with drug resistance in Lao PDR. These data will be compared with further study/analysis to evaluate the trend of TB and drug resistant TB in the country and to determine if the drug resistance is under control after the set-up of new policies. The data of drug resistance associated mutations are used to build a regional database in collaboration with Vietnam and Cambodia in order to develop a diagnostic tool based on DNA chip technology to improve the drug resistance detection in the region.

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable de pneumonies. Il est particulièrement impliqué dans la mortalité des patients sous ventilation mécanique et des patients atteints de la mucoviscidose. Ces infections sont difficiles à traiter en raison de l’existence de nombreuses résistances aux antibiotiques chez cette bactérie et des alternatives thérapeutiques s’avèrent donc nécessaires. Nous avons ainsi émis l’hypothèse qu’une application oropharyngée de lactobacilles pourrait permettre de limiter les infections à P. aeruginosa et leurs effets chez les patients concernés. L’objectif principal de ce travail était d’évaluer les effets d’un mélange de lactobacilles dans un modèle murin de pneumonie à P. aeruginosa. Les effets de lactobacilles isolés dans les cavités orales de volontaires sains sur la formation de biofilm et l’activité élastolytique de P. aeruginosa PAO1 ont été mesurés in vitro. Les effets des lactobacilles sélectionnés ont ensuite été évalués dans un modèle d’infection de cellules épithéliales respiratoires(A549) par P. aeruginosa PAO1 puis dans un modèle murin de pneumonie à P. aeruginosa PAO1. Les effets de 87 lactobacilles sur la formation de biofilm et l’activité élastolytique de P. aeruginosa PAO1 ont été déterminés in vitro,aboutissant à la sélection de 3 et 5 souches ayant respectivement inhibé la formation de biofilm et l’activité élastolytique de P. aeruginosa PAO1. Parmi ces souches, L. fermentum K.C6.3.1E, L. paracasei ES.D.88 et L. zeae Od.76,qui étaient les souches les plus actives contre la formation de biofilm ou l’activité élastolytique et les plus acidifiantes lors de croissances dans une salive artificielle, ont été associées dans un mélange testé dans un modèle cellulaire d’infection à P. aeruginosa PAO1. Ce mélange n’a pas eu d’effet cytotoxique et a démontré un effet cytoprotecteur vis-à-vis de l’infection à P. aeruginosa PAO1. In vivo, l’administration intratrachéale de ces mêmes bactéries de façon prophylactique a permis d’une part de réduire les charges pulmonaires en P. aeruginosa PAO1 et d’autre part de réduire ses effets pro-inflammatoires au niveau pulmonaire (IL-6, TNF-α). Ces résultats prometteurs laissent entrevoir la possibilité de nouvelles applications thérapeutiques pour les probiotiques. / Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen that causes pneumonia and which is involved in themortality of mechanically-ventilated or cystic fibrosis patients.These infections are difficult to treat because of the existence of many antibiotic resistances in P. aeruginosa and therapeutic alternatives are needed. Our hypothesis was that the use of probiotics could be an alternative to antibiotic therapy in order to reduce P. aeruginosa infections and its injurious and pro-inflammatory effects in lungs.The main goal of this work was to evaluate the effects of lactobacilli in a murine model of P. aeruginosa pneumonia.The first step of this work was to screen lactobacilli isolated from oral cavities of healthy volunteers against biofilmformation and elastolytic activity of P. aeruginosa PAO1. The effects of selected lactobacilli were then evaluated in amodel of infection of lung epithelial cells by P. aeruginosa PAO1 and in a murine model of P. aeruginosa PAO1pneumonia. Eighty-seven lactobacilli were tested in vitro, leading to the selection of 3 and 5 strains respectively active against biofilm formation and elastolytic activity. The most active strains (L. fermentum K.C6.3.1E, L. paracasei ES.D.88and L. zeae Od.76) toward biofilm formation and elastolytic activity were chosen to be tested in vitro, in a cell model of P. aeruginosa PAO1 infection. This mix showed cytoprotective effect against P. aeruginosa PAO1. Finally, the prophylactic intratracheal administration of the mix of lactobacilli in mice allowed to reduce the pulmonary loads in P.aeruginosa PAO1. In the same time, the pro-inflammatory effects(IL-6 and TNF- α) of the infection were reduced. These promising results suggest the possibility of new therapeutic applications for probiotics.

SoxR est un régulateur transcriptionnel à centre [2Fe-2S] qui induit une réponse adaptative permettant à E. coli de résister aux composés redox actifs, générateurs de stress superoxyde. En présence de composés redox actifs, le centre [2Fe-2S] de SoxR est oxydé ce qui lui permet d’activer l’expression du gène soxS codant pour un régulateur transcriptionnel activant l’expression d’une centaine de gènes. Parmi les gènes du régulon SoxRS on trouve ceux permettant de résister au superoxyde mais aussi aux antibiotiques. J’ai montré qu’en présence de phénazine méthosulfate (PMS), un composé redox actif, la machinerie de biogénèse des centres Fe-S utilisée pour la maturation de SoxR est différente suivant les conditions environnementales. En effet, en aérobie la maturation de SoxR est assurée par la machinerie SUF, alors qu’en anaérobie c’est la machinerie ISC qui intervient. J’ai également étudié l’importance de SoxR, et des machineries ISC et SUF, dans la résistance aux antibiotiques induite par la présence de PMS. J’ai montré qu’en présence de PMS, E. coli peut résister à la norfloxacine, par un mécanisme SoxR dépendent, et ceci quelque soit la machinerie de biogénèse des centres FeS présente. D’autre part, j’ai étudié l’impact des conditions environnementales, comme la teneur en CO2 dans l’atmosphère sur la capacité d’ E. coli à résister au stress oxydant. J’ai testé, expérimentalement les prédictions obtenues par un modèle d’équations différentielles permettant de simuler la concentration des ROS dans la cellule. J’ai montré que le CO2 a un effet de protection lors d’un stress au H2O2 probablement en capturant les HO• produits par la réaction de Fenton. / SoxR is a [2Fe-2S] cluster-containing transcriptional regulator that mounts the adaptive response allowing E. coli to tolerate superoxide-propagating compounds. When cells are exposed to redox cycling drugs the Fe-S cluster of SoxR undergoes a reversible univalent oxidation to yield the oxidized active protein. The only known target of SoxR is the soxS gene that is itself a transcriptional regulator activating the expression of more than 100 genes including those for superoxide and antibiotic resistance. I showed that the machinery used to mature SoxR under phenazine methosulfate (PMS) exposition, a redox cycling drug, was different depending on the environmental conditions used. In aerobiosis, the SUF machinery ensured SoxR maturation, while in anaerobiosis the ISC machinery was required. I also monitored the implication of SoxR, the ISC and SUF machineries, in antibiotic resistance induced by PMS exposition. I showed that E. coli can resist to norfloxacin under PMS exposition in a SoxR-dependent manner whatever the Fe-S cluster biogenesis machinery available. Last, I studied the impact of environmental conditions, such as atmospheric CO2 concentration, on the ability of E. coli to cope with oxidative stress. I have experimentally tested the predictions obtained by a mathematical model that simulates ROS dynamics. I showed that carbon dioxide has a protective effect on hydrogen peroxide stress likely by scavenging the radical hydroxyl produced by the Fenton reaction.

Les bactéries pathogènes opportunistes de l'Homme (bpo) sont retrouvées dans le milieu hospitalier où elles sont responsables d'infections nosocomiales ainsi que dans les milieux naturels terrestres et aquatiques. Elles présentent souvent des résistances intrinsèques aux antibiotiques élevées. En milieu clinique, l'usage intensif d'antibiotiques peut conduire à l'émergence de souches dites « Multi Drug Resistant ». L'anthropisation des milieux naturels peut également influencer la prévalence et les propriétés de résistance des bpo. Mes travaux ont porté sur l'impact de l'épandage d'amendements organiques sur la prévalence de bpo dans les sols, leur diversité génétique et leurs propriétés de résistance aux antibiotiques. Une étude des espèces Stenotrophomonas maltophilia, Pseudomonas aeruginosa et Burkholderia du « cepacia complexe » (Bcc) réalisée sur des sites du Burkina-Faso amendés ou non en déchets urbains bruts a mis en évidence des différences dans les propriétés de résistance des 3 modèles. S. maltophila présente fréquemment des phénotypes MDR contrairement à P. aeruginosa et aux Bcc. Une approche de génomique comparative entre souches de S. maltophilia d'origine environnementale ou clinique et de phénotypes sensibles à MDR a été réalisée afin d'élucider l'origine génétique de l'hétérogénéité des phénotypes de résistance. Une variation dans le contenu en pompes à efflux et la présence de pompes souche spécifique chez des souches environnementales ont été observées. L'étude de l'expression d'une de ces pompes confirme son implication dans la résistance aux antibiotiques et dans l'adaptation à des paramètres environnementaux tels que la température / Opportunistic bacterial pathogens (obp) of Man are found in hospital setting where they are responsible for nosocomial infections as well as in terrestrial and aquatic natural environments. Obp often show high intrinsic antibiotic resistance level. Moreover, the intensive use of antibiotics in clinical settings can lead to the emergence of "Multi Drug Resistant" strains. The anthropisation of the natural environment leads to modifications in bacterial diversity of these environments and can affect the prevalence and the antibiotic resistance properties of obp. My research focused on the impact of organic amendments on the prevalence, genetic diversity and antibiotic resistance properties of obp. A study on the species Stenotrophomonas maltophilia, Pseudomonas aeruginosa and the “Burkholderia cepacia complex" (Bcc) was conducted on sites in Burkina Faso amended or not with raw urban wastes. This study showed differences in antibiotic resistance properties between the 3 models. S. maltophila frequently showed MDR phenotypes unlike P. aeruginosa and Bcc. A comparative genomics study between S. maltophilia strains from environmental or clinical origin showing sensitive or MDR phenotypes was performed to elucidate the genetic origins of heterogeneity in the resistance phenotypes. A variation in the efflux pumps content was observed between strains. The expression of an efflux pump specific to an environmental MDR strain was then evaluated and confirmed its likely involvement in antibiotic resistance and adaptation to environmental parameters such as temperature