Les salmonelles sont l’une des premières causes d’infections bactériennes d’origine alimentaire. Depuis le début des années 1990, l’isolement de salmonelles multirésistantes aux antibiotiques a considérablement accru avec l’émergence des souches épidémiques Salmonella Typhimurium DT104 qui sont, pour la majorité, résistantes à l’ampicilline, le chloramphénicol, la streptomycine, les sulfamides et les tétracyclines. Les gènes codant ces résistances sont regroupés sur un intégron complexe de classe 1 nommé In104, localisé lui-même sur un îlot génomique de 43 kb désigné Salmonella Genomic Island 1 (SGI1). Depuis sa première identification chez S. Typhimurium DT104, SGI1 a été identifié à travers le monde chez plusieurs sérovars de Salmonella, et plus récemment chez Proteus mirabilis. Chez ces souches, la multirésistance aux antibiotiques est liée, soit à l’îlot SGI1 dans sa forme initialement décrite, soit à des variants de SGI1 correspondant à la structure initiale de SGI1 comportant des modifications au niveau de l’intégron complexe In104. L’îlot génomique Salmonella Genomic Island 1 (SGI1) représente une préoccupation importante car le phénotype de multirésistance qu’il confère aux souches bactériennes est souvent responsable d’échecs thérapeutiques pouvant entrainer des complications importantes, voire la mort. Dans ce contexte, le travail de thèse a été centré sur l’enjeu sanitaire majeur représenté par cette diffusion épidémique du clone S. Typhimurium au cours des années 1990 chez l’homme et les bovins. Les travaux entrepris dans le cadre de la thèse ont eu, en premier lieu, l’objectif d’apprécier l’évolution moléculaire de SGI1 dix années après l’émergence de ces souches en élevage bovin, puis d’évaluer la diffusion de SGI1 chez des souches naturelles appartenant à d’autres genres bactériens que Salmonella. Il a ainsi été dressé un bilan de la multirésistance aux antibiotiques chez les souches de S. Typhimurium isolées de bovins malades en France de 2002 à 2007 et une recherche de la présence de SGI1, chez d’autres espèces bactériennes que Salmonella, et par sondage à partir de leurs phénotypes de résistance, a été mise en œuvre. Les résultats obtenus ont indiqué un faible pouvoir évolutif de SGI1 qui semble en contradiction avec les capacités moléculaires majeures de recombinaison et de transfert démontrées tant in vitro qu’in vivo. Les études menées ont toutefois permis la première description d’un nouveau variant, nommé SGI1-T, qui résulte d’une recombinaison intramoléculaire. Le deuxième grand objectif de la thèse a été de contribuer à une meilleure connaissance du rôle que pourrait avoir SGI1 dans la virulence bactérienne. Une première stratégie de modélisation expérimentale (salmonellose systémique murine) a ainsi été conduite, qui visait à comparer le pouvoir virulent in vivo de souches isogéniques ne se distinguant que par la présence ou l’absence de SGI1. Une seconde approche a été également menée, qui a consisté en une évaluation du rôle de SGI1 dans la formation de biofilms, l’organisation en biofilms favorisant une meilleure colonisation bactérienne, qui peut constituer à son tour un élément d’efficacité du pouvoir virulent final. Les résultats obtenus ont confirmé le rôle positif de SGI1 dans la formation de biofilms, et plus généralement son implication dans la signalisation cellulaire du Quorum Sensing. / Salmonella is a major cause of food-borne outbreaks. Since the early 1990s, isolation of multidrug-resistant Salmonella has increased with the emergence of epidemic Salmonella Typhimurium DT104 strains which are mostly resistant to ampicilin, chloramphenicol, streptomycin, sulfonamides and tetracyclines. The genes coding these resistances are clustered on a complex class 1 integron (MDR region) located on a genomic island of 43 kb designated SGI1. Since its first identification in S. Typhimurium DT104, SGI1 has been identified worldwide in other Salmonella serotypes, and more recently in Proteus mirabilis. For these strains, multidrug resistance is conferred, either to the classical structure of SGI1, or to related variants of SGI1 corresponding to the initial structure of SGI1 with modification of the complexe integron In104. The Salmonella Genomic Island 1 (SGI1) constitutes a great concern since it confers a multidrug resistance phenotype often responsible of therapeutic failures which may cause important complications, or even death. In this context, the work has been focused on the major health issue represented by the epidemic diffusion of the Salmonella Typhimurium clone in the course of 1990s in human and cattle. As a first objective, the work allowed to appreciate the molecular evolution of SGI1 in the course of time and to assess the diffusion of SGI1 to other bacterial strains than Salmonella in natural conditions. Therefore, an overview of the multidrug resistance in Salmonella Typhimurium strains isolated from diseased cattle in France from 2002 to 2007 was carried out and a screening of natural strains from other bacterial species than Salmonella that may harbor SGI1 was undertaken. The results indicated weak molecular evolutions of SGI1, which seems in contradiction with the great capability of SGI1 to recombine and transfer, as attested in vitro as in vivo. Nevertheless, this study allowed the first description of a new SGI1 variant, named SGI1-T, which is the result of intra-molecular recombination events. Another second objective of the thesis was to contribute to a better knowledge of the role of SGI1 in bacterial virulence. A strategy of experimental modeling (murine systemic salmonellosis) was first set up to compare the levels of virulence conferred by isogenic strains differing only by the presence or the absence of SGI1. A second approach was also carried out to evaluate the role of SGI1 in biofilm formation. Indeed, the organization in biofilm facilitates bacterial colonization, which constitutes in turn an element of effectiveness of the final virulence. A positive role of SGI1 in biofilm formation was demonstrated in the framework of this study, and more generally, questions the role of SGI1 in the Quorum Sensing regulation system.

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).

L’émergence des déterminants de résistances plasmidiques aux quinolones (PMQR), auxquels appartient le gène qnrD, participent de manière significative à la sélection des résistances de haut-niveau aux permet les réparations de l’ADN lors des stress soumis aux bactéries, et d’autre part, que les aminosides, une autre classe d’antibiotiques que les fluoroquinolones, induisaient la réponse SOS chez Escherichia coli. En effet, nous avons montré que les petits plasmides-qnrD chez E. coli, induisent la formation de monoxyde de nitrogène et l’inhibition de la voie de détoxification Hmp-dépendante. Ces processus génèrent des lésions à l’ADN qui s’ajoutent à celles occasionnées par les aminosides concourant à activer la réponse SOS chez E. coli. L’ensemble de nos résultats montrent que l’émergence de la résistance aux fluoroquinolones peut être occasionnée par l’exposition d’E. coli à une autre classe d’antibiotiques, ici les aminosides. / The emerging plasmid-mediated quinolones resistance (PMQR) determinants significantly participate in the selection of high-level of resistance to the major antibiotics fluoroquinolones, leading to numerous clinical failures. In this study, we reported for the first time that PMQR expression could be triggered by the fluoroquinolones but also by another major class of antibiotics, the aminoglycosides. We were able to show that this unique cross selection of antibiotic resistance was the consequence of the PMQR determinant qnrD being SOS-regulated in a RecA-LexA dependent manner. We demonstrated that sub inhibitory concentration of aminoglycoside induced nitric oxide formation associated with the repression of the Hmp-mediated detoxification pathway, resulting in the induction of the SOS response and thus up-regulation of the PMQR. Overall, our findings revealed an unexpected antibiotic resistance cross-selection with low aminoglycosides concentrations promoting emergence of fluoroquinolones resistance.

Chez des patients allergiques, il est possible de retrouver dans leur sérum desanticorps spécifiques du médicament (IgE) et dans leur sang des lymphocytes T spécifiquesdu médicament. La présence de LT spécifiques du médicament chez des patients allergiquessuggère la présentation du médicament par des cellules présentatrices d’antigène telles queles cellules dendritiques.Nous nous sommes alors intéressés à mieux comprendre l’implication deslymphocytes T et des cellules dendritiques dans le développement des allergies auxantibiotiques comme la pénicilline G (ou Benzyl-Pénicilline) ou le sulfaméthoxazole.Ce travail de thèse a permis: i) de démontrer la présence de lymphocytes Tspécifiques de la pénicilline G dans le sang périphérique de donneurs non allergiques à unefréquence mesurable, ii) de développer deux approches expérimentales et de modélisationpour l’identification des épitopes potentiellement présentés aux lymphocytes T et iii)d’étudier l’effet des médicaments sur les cellules dendritiques.Les perspectives de ce travail sont de mieux comprendre les mécanismes impliquésdans les allergies médicamenteuses au niveau des lymphocytes T et des cellules dendritiqueset de développer des tests de prédiction du « potentiel allergique » des médicaments, afinde mieux prédire les allergies médicamenteuses lors du développement des médicaments. / In allergic patients, antibodies like IgE or T-lymphocytes specific for the drugimplicated can be detected and measured. Presence of T-lymphocytes specific for the drugin allergic patients suggested the presentation of the culprit drug to T-lymphocytes byantigen presenting cells like dendritic cells.We were interested in better understanding the implication of T-lymphocytes anddendritic cells in the development of antibiotics allergies such as penicillin G (or Benzyl-Penicillin) or sulfamethoxazole.The results obtained in this work allowed us: i) to demonstrate the presence ofbenzyl-penicillin-specific T cells in the peripheral blood of non-allergic donors, at adetectable frequency; ii) to develop two approaches: one experimental and one usingmodelisation for the identification of epitopes potentially presented to T-lymphocytes andiii) to study the effect of drugs on DC.The perspectives of this research work are to better understand the mechanismsimplicated in drug allergies and to develop predictive tests for “drug allergic potential", inorder to be able to better predict drug allergies during drug development.

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.

Les bactéries forment des communautés spatiales adhérentes à des surfaces, appelées biofilms. Ces organisations bactériennes sont omniprésentes dans les milieux naturel, industriel et médical et peuvent porter atteinte à notre santé lorsqu’elles hébergent des agents pathogènes, parmi lesquels le médiatique Staphylococcus aureus sur lequel a porté l’ensemble de ce travail de thèse. Cette bactérie est l’une des principales causes d’infections chroniques, mais également d’infections nosocomiales, impliquant le plus souvent des biofilms. Il est aujourd’hui reconnu qu’une telle biostructure est un véritable bouclier à l’action des antimicrobiens et à celle du système immunitaire. Outre les résistances génétiques des bactéries pathogènes aux antibiotiques, l’hétérogénéité chimique et biologique de la structure tridimensionnelle des biofilms pourrait être à l’origine de ces phénomènes de tolérance et de chronicité d’infections. C’est à cette problématique que se rattache ce travail de thèse concernant l’action de la vancomycine sur des biofilms de S. aureus. Alors que les connaissances sur la réactivité de cet antibiotique clef avec S. aureus proviennent essentiellement d’études réalisées sur des cellules planctoniques, l’originalité de notre approche a été d’étudier la diffusion-réaction de la vancomycine in situ dans l’épaisseur des biofilms en utilisant en particulier des outils avancés de microscopie de fluorescence (Time-Lapse, FLIM, FRAP, et FCS). Nous avons ainsi évalué sa biodisponibilité dans la matrice d’exopolymères, ainsi que l’impact de la physiologie spécifique des bactéries incluses en biofilms sur l’activité de cet antibiotique, utilisé seul ou en association avec la rifampicine. Cette approche multidisciplinaire a permis une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la singulière tolérance de ces biostructures à l’action des antibiotiques, et de souligner l’urgence de développer des approches préventives telles que le diagnostic précoce des infections impliquant des biofilms. / Bacteria form architecturally complex communities adherent to surfaces, known as biofilms. These structured living cells are ubiquitous and found in natural, industrial and medical environments. They can affect our health when they host pathogens as the well known Staphylococcus aureus species which constitute the main purpose of this thesis. This bacteria is one of the major causes of chronic and nosocomial infections, most often involving biofilms. It is now recognized that such biostructure is a true shield against the action of antimicrobial agents and the host immune system. In addition to the genetic resistance of pathogenic bacteria to antibiotics, the chemical and biological heterogeneity of biofilms could be the cause of these phenomena of tolerance and apparition of chronic infections. This work aimed at studying of the action of vancomycin on S. aureus biofilms. While the knowledge on the reactivity of this key antibiotic with S. aureus bacteria comes mainly from studies of planktonic cells, the originality of our approach was to study the diffusion-reaction processes of vancomycin in situ in the thickness of biofilms using particularly advanced fluorescence imaging tools (Time-Lapse, FLIM, FRAP and FCS). We thus assess its bioavailability in the exopolymeric matrix, and the impact of the cell physiology of bacteria included in biofilms on the activity of this antibiotic when used alone or in combination with rifampicin. This multidisciplinary approach has allowed a better understanding of the mechanisms involved in the particular tolerance of these biostructures to the action of antibiotics, and underlines the emergency to develop preventive approaches such as early diagnosis of infections involving biofilms.

L’utilisation massive des antibiotiques contribue à leur accumulation dans les boues des stations d’épurations. L’application directe des boues est parmi les sources de dissémination des antibiotiques et des gènes de résistance aux antibiotiques. Le compostage et la méthanisation sont parmi les bioprocédés de traitement des boues qui permettent d’éliminer ou réduire les teneurs de certains antibiotiques. Dans ce travail, une boue primaire de la STEP de Marrakech a été contaminée par trois familles d’antibiotiques (macrolides, tétracyclines, fluoroquinolones) pour conduire 4 essais de compostage à différentes doses (dont un essai témoin) et un essai deméthanisation en mode semi-continu. Les résultats du compostage ont montré que l’augmentation des concentrations d’antibiotiques retarde la dégradation de la matière organique et affecte le ratioC/N. De même, la phase thermophile est perturbée, retardée et réduite dans le temps. Pour la méthanisation, une concentration unique et réaliste a été testée. Dans ces conditions, aucun effet sur la production du biogaz ou sur la dégradation de la matière organique n’a été observé. Afin de suivre la dissipation des trois familles d’antibiotiques utilisées au cours du compostage et de la méthanisation, une approche analytique basée sur l’extraction accélérée par solvant (ASE) suivie par l’application d’une méthode des ajouts dosés avant quantification par chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse en tandem (UPLC-MS/MS) a du être mise en point. Le compostage et la méthanisation permettent de réduire significativement les concentrations des molécules parents appartenant à la famille des macrolides et des tétracyclines. Par contre,l’élimination des fluoroquinolones est non-significative et ne dépasse pas 30%. Au cours du compostage, la dissipation des macrolides se fait en phase de stabilisation tandis que la phase de maturation est impliquée dans la dissipation des tétracyclines. Les concentrations encirprofloxacine (fluoroquinolone) semblent légèrement évoluer au cours du procédé probablement en raison d’une adsorption/désorption sur le co-substrat lignocellulosique utilisé. Concernant la méthanisation, l’élimination des macrolides et des tétracyclines est significative durant la stabilisation du procédé mais n’atteinds pas les rendements observés lors du compostage. Ladiminution des concentrations des molécules parents est probablement accompagnée par une biotransformation des antibiotiques sous forme de métabolites qui à ce stade ne sont pas connus.La question de la rémanence de certaines molécules comme les fluoroquinolones, interpelle quand au risque d’antibiorésistance. Ainsi, la valorisation des composts/digestats comme amendements organiques des sols dois à terme conduire à une réflexion concernant la réglementation qui inclus la présence de molécule de la classe des antibiotiques. / The intensive use of antibiotics for human purposes leads to their presence and accumulation inthe sludge produced from wastewater treatment plants. The direct application of sludge is amongthe sources of dissemination of antibiotics and antibiotics resistance genes. Composting andanaerobic digestion are some of the most used bioprocess for sludge treatment, and which allowthe removal/decrease of some antibiotics families. In this work, a primary sludge from thewastewater treatment plant of Marrakesh was spiked using 3 families of antibiotics (macrolides,tetracyclines, fluoroquinolones) to conduct (1) 4 composting experiments with variousconcentrations levels, and (2) an anaerobic digestion experiment in a semi-continuous mode.Composting results showed that the organic matter degradation was delayed and the C/N ratiowas affected by an increase of antibiotics concentrations. Likewise, the thermophilic stage wasdisturbed, the heat release was affected and the coming of the temperature maxima was delayed.In the other hand, one realistic concentration was used during the anaerobic digestion. In thiscondition, no effect was observed especially on the biogas production as well as the organicmatter degradation. To assess the fate of antibiotics during composting and anaerobic digestion,an analytical approach based on the accelerated solvent extraction followed by the standardaddition method and the UPLC-MS/MS was developed. Composting and anaerobic digestion leadto a significant removal of parent compounds belonging to the family of macrolides andtetracyclines. In contrast, the fluoroquinolones removal is not-significant and has not exceeded30%. During composting, the thermophilic stage was responsible on macrolides elimination. Incontrast, the maturation stage was more implicated on the removal of tetracyclines. Ciprofloxacin(fluoroquinolone) showed some fluctuations in concentrations. The sorption/desorption on palmrachis could probably explain the observed behavior of this molecule during composting. Duringthe anaerobic digestion, the removal of macrolides and tetracyclines was significant, within thestabilization, but still lower than the observed ones during composting. The decrease of parentcompounds of antibiotics is probably accompanied by a biotransformation of these compounds inunknown metabolites. The presence of recalcitrant compounds after the bioprocess could promotethe development of resistant bacteria including pathogens. In the future regulations, thevalorization of compost/digestate as an amendment of agricultural soil requires taking into accountthe presence of antibiotics.

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

Ce travail décrit l’analyse de la distribution des flux de carbones au sein de deux souches de Streptomyces coelicolor A3(2) : la souche sauvage nommée M145 et son mutant M1146 incapable de produire les antibiotiques actinorhodine, undecylprodigiosine, et l’antibiotique dépendant du calcium. Metabolite Balance Analysis et Isotopomer Balance Analysis sont mis en œuvre pour proposer un modèle de distribution des flux de carbones de S. coelicolor en phase exponentielle de croissance. Les souches M145 et M1146 sont cultivées dans un milieu minimum limitant en azote et leurs comportements métaboliques sont comparés. Dans la souche non productrice M1146, un taux de croissance plus élévé, un flux plus important dans la voie des pentoses phosphates, un flux plus faible au niveau du cycle de Krebs ainsi qu’une activité respiratoire plus faible sont mis en évidence. Cela traduit le coût énergétique important associé à la production d’actinorhodine par M145. De plus, ce travail propose un rôle important de la nicotinamide nucléotide transhydrogénase pour le maintien de l’homéostasie du NADPH lors de la production d’actinorhodine par M145. Comme il existe de bonnes corrélations entre les données expérimentales et celles issues de la modélisation au niveau des bilans carbones, des bilans de pouvoir réducteur et des échanges gazeux, il sera intéressant d’utiliser cette modélisation avec la technique de Flux Balance Analysis pour prédire les variations de la distribution des flux de carbones dans des mutants de S. coelicolor pour lesquels des gènes auraient été sur-exprimés ou délétés. / This work describes an analysis of carbon flux distribution in two strains of Streptomyces coelicolor A3(2), namely the wild type strain M145 and its derivative M1146 that is no longer able to produce the antibiotics actinorhodin, undecylprodigiosin and the calcium dependent antibiotic. Metabolite Balance Analysis and Isotopomer Balance Analysis were used to propose a model for carbon flux distribution in S. coelicolor during the exponential phase of growth. Strains M145 and M1146 were grown under nitrogen limitation in minimal medium and their metabolic behaviour were compared. In the non-producing strain M1146, a higher growth rate, a higher flux via the pentose phosphate pathway, a decreased flux through the TCA cycle and a decreased respiratory activity were evidenced. This highlighted the high energetic cost for actinorhodin production in M145. In this paper, we also propose a key role for the nicotinamide nucleotide transhydrogenase in NADPH homeostasis in M145 during actinorhodin production. As there are good correlations between experimental data and the model in terms of carbon balance, reducing power balance and gas exchanges, this model will be of great interest for Flux Balance Analysis to predict carbon-flux distribution changes in S. coelicolor strains in which gene are deleted or overexpressed.