Escherichia coli et Enterococcus faecalis sont deux principaux agents pathogènes impliqués dans les infections du tractus urinaire (ITU) en médecine de ville et à l’hôpital. Ces espèces bactériennes sont responsables d’ITU aigües avec des phénomènes de récurrence et dans des ITU chroniques. La consommation d'antibiotiques est directement corrélée à la résistance des bactéries uropathogènes ce qui montre l'importance de contrôler l'utilisation des antibiotiques et de développer des traitements préventifs et curatifs alternatifs pour les infections urinaires.La consommation alimentaire de cranberry et de leurs extraits est traditionnellement associée avec le maintien en bonne santé des voies urinaires. Par ailleurs, certaines études cliniques semblent montrer un effet préventif des ITU associé à la consommation alimentaire de cranberry. In vitro et ex vivo, la consommation de ces extraits par l’homme réduit l’adhérence de certaines souches d’E. coli aux cellules épithéliales urinaires et la formation de biofilm de différentes espèces. L’hypothèse de travail est que la consommation alimentaire d’extraits de cranberry conduise à la formation de métabolites urinaires qui diminuent l'adhérence des bactéries uropathogènes à l’épithélium urinaire. Ce mécanisme serait à la base de la prévention des ITU par consommation d’extraits de cranberry. Cependant, les métabolites bioactifs restent largement méconnus. / Escherichia coli and Enterococcus faecalis are two main pathogens involved in urinary tract infections (ITU) in town medicine and in the hospital. These bacterial species are responsible for acute UTIs with recurrence phenomena and in chronic ITUs. The consumption of antibiotics is directly correlated with the resistance of uropathogenic bacteria, which shows the importance of controlling the use of antibiotics and of developing alternative preventive and curative treatments for urinary infections.Cranberry consumption of their extracts is traditionally associated with the maintenance of healthy urinary tract. In addition, some clinical studies seem to show a preventive effect of ITUs associated with cranberry consumption. In vitro and ex vivo, the consumption of these extracts by humans reduces the adhesion of certain E. coli strains to urinary epithelial cells and biofilm formation of different species. The working hypothesis is that the consumption of cranberry extracts leads to the formation of urinary metabolites that decrease the adhesion of uropathogenic bacteria to the urinary epithelium. This mechanism would be the basis for the prevention of ITU by consumption of cranberry extracts. However, bioactive metabolites remain largely unknown.

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

L’émergence de bactéries multirésistantes aux antibiotiques conduit la médecine humaine et vétérinaire à des impasses thérapeutiques. L’usage abusif des ATBs accélère et accentue fortement le processus d’antibiorésistance. Le but de mon travail de thèse était d’apporter une solution au problème de surconsommation d’ATBs en médecine vétérinaire, particulièrement dans les élevages, tout en garantissant la santé animale. Nous avons développé une approche de thérapie combinatoire basée sur l’association d’ATBs déjà existants avec des molécules adjuvantes. Nous avons ainsi évalué l’activité de différents dérivés polyaminés d’origine naturelle sur des pathogènes dits « ESKAPE » qui présentent une relevance clinique majeure en médecine humaine. Ces différentes études ont permis de développer des protocoles de criblage, mais également des méthodes permettant d’élucider leur impact sur la physiologie bactérienne.Nous avons testé l’activité de ces composés en combinaison avec le florfénicol, ATB couramment utilisé pour traiter les infections respiratoires chez le porc. Après avoir identifié un adjuvant au florfénicol, nous avons pu déterminer son mode d’action par différentes méthodes de fluorescence et de bioluminescence. Nous avons pu démontrer que le composé permet de potentialiser l’activité de l’ATB par une action membranotrope et par une inhibition de l'efflux, augmentant ainsi la concentration intracellulaire en ATB, mais également par une inhibition de la force proton motrice (FPM). La motricité flagellaire des bactéries, est un facteur de virulence fonctionnant avec la FPM nous avons pu mettre en évidence une inhibition de la mobilité par le composé. / The constant increase of multidrug resistant bacteria is leaving clinicians and veterinarians with very limited options to treat bacterial infections. The main goal of my work was find a chemical solution to reduce the use of antibiotics in veterinary medicine, especially in swines, without affecting the health of the livestock. To achieve this goal, we have developed a drug combination approach based on the association of antibiotics with chemosensitizers, herein called adjuvants, some of which were polyamines derivatives from natural sources. To provide the proof of concept, combination of several derivatives from different chemical sources (marine sponges and plants) have been tested ex vivo on « ESKAPE » pathogens, which are among the most urgent bacterial threats. Results from these studies allowed us to develop procedures for screening antibacterial activities and methodologies for understanding the impact of the selected adjuvants on bacterial physiology.Florfenicol is a widely used antibiotic to treat respiratory infections in swine. Therefore, derivatives were further assessed in combination with florfenicol, and florfenicol adjuvants were identified. The mode of action of one chosen adjuvant on bacterial membranes was further investigated by using fluorescence and bioluminescence methods. Data showed that this molecule was able to potentiate the antibiotic activity by increasing its intracellular concentration (membranotrope activity and inhibition of efflux) but also causes inner membrane depolarization. Flagellar motility represents an important virulence factor which use PMF, and we showed a diminution of the motility's halo with our compound.

Les maladies infectieuses constituent un sérieux problème de santé publique aussi bien dans les pays en développement où elles sont la principale cause de taux de mortalité élevés, que dans les pays industrialisés où les résistances aux antibiotiques existants se développent de façon alarmante. Cette situation engendre un besoin sans cesse croissant de trouver de nouveaux composés antimicrobiens et/ou inhibiteurs de mécanismes de résistances aux antibiotiques. Les plantes médicinales, notamment celles utilisées de façon traditionnelle dans les pays en développement, constituent une source potentielle de ce type de composés. C’est dans ce cadre que l’espèce Cordia gilletii De Wild (Boraginaceae), une plante dont les écorces de racines et les feuilles sont traditionnellement utilisées en République Démocratique du Congo pour combattre les maladies infectieuses, a été étudiée sur le plan tant de ses activités biologiques que de sa composition chimique. Les extraits obtenus à partir des écorces de racines de cette plante ont montré d’intéressantes activités biologiques, (i) un effet antimicrobien direct (bactéricide pour les bactéries gram positif et bactériostatique pour les gram négatif) et indirect (augmentation ou restauration de l’activité des antibiotiques vis-à-vis des souches résistantes); (ii) un effet inhibiteur sur deux des gènes impliqués dans le quorum sensing de Pseudomonas aeruginosa, lasB and rhlA; (iii) un effet antiplasmodial sur une souche chloroquino-sensible de Plasmodium falciparum; (iv) un effet antioxydant mis en évidence par réaction avec le radical libre DPPH. Pour les extraits de feuilles, seule l’activité antiplasmodiale a été observée. <p>Les extraits d’écorces de racines, doués d’activité antimicrobienne directe (extrait méthanolique) et indirecte (extrait n-hexanique) ont été soumis à une série de fractionnements dans le but d’isoler et d’identifier les composés actifs. Pour suivre l’activité lors des fractionnements, le milieu de culture utilisé pour la détection des composés actifs sur une plaque chromatographique (CCM-bioautographie) a été optimisé. Le composé férulaldéhyde, isolé de l’extrait méthanolique, a montré des propriétés antimicrobiennes, antioxydantes et antiplasmodiales. De l’extrait n-hexanique ont été isolés deux composés, l’un actif, le lupéol et l’autre inactif, la friedéline. Le lupéol a montré un effet antimicrobien indirect en réduisant la CMI de certains antibiotiques vis-à-vis d’une souche de MRSA. Ces trois composés, s’ils ont déjà été identifiés dans d’autres plantes, sont décrits pour la première fois dans l’espèce Cordia gilletii ;et ce travail constitue le premier rapport de l’effet antimicrobien indirect du lupéol. <p>Dans le but de s’assurer de l’innocuité des extraits de C. gilletii, une recherche d’alcaloïdes pyrrolizidiniques (APs) a été réalisée par GC-MS. Ces alcaloïdes présentent en effet un réel danger pour la santé humaine et la famille des Boraginaceae, à laquelle appartient l’espèce C. gilletii, est connue comme une des principales sources de ces composés. Aucun AP n’a pu être mis en évidence dans les extraits d’écorces de racines et de feuilles de cette plante jusqu’à une limite de détection de 2 ppm, suggérant ainsi une absence de risque toxicologique en relation avec ces alcaloïdes. Ces résultats rassurants restent à confirmer sur d'autres échantillons obtenus dans des lieux de récolte différents.<p>Le présent travail montre que C. gilletii peut agir contre les microorganismes pathogènes par :(i) son action antimicrobienne directe (due entre autre au férulaldéhyde); (ii) son effet antimicrobien indirect (dû au lupéol), effet permettant d’augmenter ou de restaurer l’activité des antibiotiques vis-à-vis des souches résistantes ;et (iii) son effet inhibiteur de l’expression des gènes du quorum sensing, effet permettant d’atténuer la virulence d’agents infectieux. Ces actions peuvent permettent de faire face aux infections dues notamment à des microorganismes résistants.<p><p><p><p>Infectious diseases remain a serious public health problem both in developing countries, where they are the main cause of the high mortality rates recorded, and in industrialized countries where there is an alarming incidence of antibiotic resistance. There is thus an increasing need for new compounds that can act by a direct antimicrobial effect or by an indirect effect, inhibiting resistance mechanisms of microorganisms. Medicinal plants, particularly those traditionally used against infectious diseases in developing countries, are a probable source for these types of compounds. In this context, Cordia gilletii De Wild (Boraginaceae), a medicinal plant from which root barks and leaves are traditionally used against infectious diseases in Democratic Republic of Congo, was investigated for biological activities and phytochemical composition. Root bark extracts showed interesting biological activities: (i) antimicrobial properties, acting directly (bactericid and bacteriostatic effects against gram positive and gram negative bacteria, respectively) or indirectly (enhancement or restoration of antibiotic activity on resistant strains); (ii) inhibitory effect on the expression of two Pseudomonas aeruginosa QS genes, lasB and rhlA; (iii) antiplasmodial effect against a chloroquine sensitive strain of Plasmodium falciparum; (iv) antioxidant effect determined by the free radical DPPH quenching. Leaves extracts showed only antiplasmodial activity. <p>Root barks extracts with the highest direct (methanol extract) and indirect (n-hexane extract) antimicrobial properties were fractionated to isolate and to identify the active compounds. To bio-guide the fractionation, the culture medium for the detection of active compounds on chromatographic plates (TLC-bioautography) was optimized. The compound ferulaldehyde, isolated from the methanol extract, showed antimicrobial, antioxidant and antiplasmodial properties. From the n-hexane extract two compounds were isolated, lupeol and friedelin. Lupeol showed indirect antimicrobial effect by decreasing the MIC of some antibiotics against MRSA; whereas friedelin was inactive. Although these three compounds have already been described in other plant species, this is the first report of their occurence in Cordia gilletii; the indirect antimicrobial effect of lupeol is described for the first time in this work. <p>As it belongs to the family of Boraginaceae, a family well known as one of the most important sources of pyrrolizidine alkaloids (PAs), Cordia gilletii is susceptible to contain these toxic compounds that were consequently researched. A GC-MS analysis did not reveal the presence of PAs (detection limit, 2 ppm) in root barks and leaves extracts of C. gilletii, suggesting a lack of PA-related toxicity of this plant. This reassuring finding needs to be confirmed with samples harvested at different locations.<p>This work reveals that C. gilletii may act against pathogenic microorganisms by: (i) a direct antimicrobial effect (partly due to férulaldéhyde); (ii) the enhancement or restoration of antibiotic activity against resistant strains (effect of lupeol); and (iii) an inhibitory effect on the expression of quorum sensing regulator genes, decreasing the virulence of microorganisms. These actions could help to fight infections caused by resistant strains. <p><p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’efflux actif, qui permet aux bactéries d’exporter les antibiotiques vers le milieu extérieur est l’un des mécanismes majeurs de résistance aux antibiotiques. L’une des pompes d’efflux de Pseudomonas aeruginosa, MexA-MexB-OprM, est constituée de trois protéines : i) MexA, une protéine membranaire de fusion qui se trouve dans le périplasme ; ii) MexB qui se trouve dans la membrane interne et qui reconnaît l’antibiotique et initie son transport grâce à la force protomotrice et iii) OprM un canal qui se trouve dans la membrane externe. Durant ma thèse, j’ai mis au point un test fonctionnel pour MexA et MexB. Ce test est basé sur la coreconstitution de ces protéines avec la bactériorhodopsine, une protéine membranaire qui génère un gradient de proton après activation par la lumière. L’activité de MexB est suivie de manière indirecte via la mesure du pH. En mesurant le pH à l’intérieur des liposomes, on peut connaître l’activité de MexB puisque ce dernier utilise la force protomotrice pour transporter ses substrats. Une mesure fiable du pH peut être obtenue grâce à la pyranine dont la fluorescence varie avec le pH. Grâce à ce test, j’ai prouvé que MexB possède une activité basale qui ne dépend pas de la présence de substrat et que l’activité de MexB devient optimale quand cette dernière est reconstituée en présence de MexA. Dans un deuxième temps, j’ai mis au point un test fonctionnel pour la pompe d’efflux entière. Pour cela, je prépare deux types distincts de protéoliposomes. Dans le premier type de liposome, j’encapsule de la pyranine, (pour suivre l’activité de MexB) et un substrat de MexB qui est un agent intercalant de l’ARN. Ce substrat est faiblement fluorescent dans un environnement aqueux et fortement fluorescent lorsqu’il est intercalé dans l'ARN. MexB et MexA sont reconstitués dans ces liposomes. Dans le deuxième type de liposomes, je reconstitue OprM et j’encapsule de l’ARN. Ces deux types de liposomes sont alors mélangés. Lorsque la pompe s’assemble et qu’il y a un transport actif à travers cette dernière, deux phénomènes sont observés: la diminution de la fluorescence de la pyranine (car MexB fait entrer des protons dans le premier type de liposome pour transporter le substrat) et l’augmentation de la fluorescence du substrat car ce dernier s’intercale dans l’ARN se trouvant dans le deuxième type de liposome. En mélangeant les deux types de liposomes, j’obtiens une preuve de la reconstitution in vitro de la pompe entière et j’ai mis en évidence qu’OprM s’ouvre en présence de MexA et MexB et que sa présence augmente l’activité de MexB. / Among the various mechanisms developed by the bacteria to counter to the effect of antibiotics, active efflux is on the front line. In Pseudomonas aeruginosa, a Gram negative bacteria, efflux transporters are organized as multicomponent systems where MexB, the pump located in the inner membrane, works in conjunction with MexA, a periplasmic protein, and OprM, an outer membrane protein. MexB is a proton motive force-dependent pump with broad substrate specificity. During my PhD, I have designed an original activity assay for MexB and MexA. The pump is coreconstituted into proteoliposomes together with bacteriorhodopsin (BR), a light-activated proton pump. In this system, upon illumination with visible light, the photo-induced proton gradient created by the BR is shown to be coupled to the active transport of substrates through the pump. The activity of MexB is monitored indirectly. Since MexB uses the protomotive force to transport antibiotics, one can determine substrate transport though MexB by monitoring the pH inside the liposomes. For that purpose, pyranine, a fluorescent probe whose fluorescence yield increases with increasing pH, is encapsulated inside the liposomes. This test makes the investigation of the pump possible. In the absence of MexA, MexB has a basal activity which is not substrate-dependent. Once MexB is reconstituted together with MexA, its activity is specific and substrate-dependent. Then I worked on the reconstitution of the whole efflux pump. For this, I prepare two different kinds of liposomes: i) Liposomes with reconstituted MexA and MexB in which pyranine and a nucleic acid intercalating agent are encapsulated, ii) Liposomes with reconstituted OprM and encapsulated RNA. The activity of MexB is monitored thanks to the addition of EthB, a substrate of MexB, that is poorly fluorescent in aqueous medium and highly fluorescent when intercalated into RNA. Upon generation of a pH gradient, I observe two concomitant phenomena: the decrease of pyranine fluorescence, as MexB is using protons to transport the substrate, and the increase of the fluorescence of the RNA intercalating agent as a result of its interaction with RNA. I have successfully assembled the efflux pump and monitored transport through it from one liposome to the other. I have demonstrated that OprM needs to interact with MexA and MexB in order to open and that MexB activity is accelerated when the pump is assembled.

Les peptides antimicrobiens sont considérés comme une nouvelle classe prometteuse d'agents anti-infectieux. Afin de développer de nouveaux agents efficaces et non toxiques, des stratégies de conception rationnelle peuvent être utilisées. Dans cette perspective, nous avons utilisé une approche computationnelle pour concevoir trois peptides synthétiques ([I5, R8] MP, EcDBS1R6 et PaDBS1R1). En déterminant la concentration minimale inhibitrice, nous avons montré que tous les peptides sont actifs contre les bactéries Gram-négatif et -positif. Seul [I5, R8] MP a montré une activité antifongique. La mesure de la concentration de peptide provoquant 50 % de mortalité cellulaire a permis de montrer que les peptides étaient faiblement ou non hémolytiques, sans toxicité vis-à-vis des cellules embryonnaires rénales humaines HEK-293. La cinétique bactéricide a révélé que PaDBS1R1 et [I5, R8] MP tuent rapidement E. coli en comparaison à S. aureus et que EcDBS1R6 élimine rapidement les deux souches. Des études de perméabilisation et de dépolarisation combinées à de la microscopie électronique à haute résolution (FEG-SEM) ont montré un mécanisme membranolytique des peptides. L'analyse de la structure des peptides par spectroscopie de dichroïsme circulaire et résonance magnétique nucléaire, ainsi que par modélisation moléculaire lors de leur interaction avec une membrane modèle, révèle une conformation en hélice alpha amphipatique. En conclusion, notre étude indique que l'évaluation structurale et fonctionnelle de peptides antimicrobiens synthétiques conçus de manière rationnelle représente une stratégie prometteuse pour le développement de nouveaux agents antimicrobiens. / Antimicrobial peptides (AMPs) have been considered as a potential novel class of antimicrobial compounds. In order to generate new potent and non-toxic antimicrobial agents, rational design strategies may be employed. In this view, we used a computational method to design three synthetic AMPs ([I5, R8] MP, EcDBS1R6 and PaDBS1R1). By determining the minimum inhibitory concentration, we found that all the peptides were active against Gram-negative and -positive bacteria. Only [I5, R8] MP was found to display antifungal activity. The determination of the peptide concentration producing 50% of cell lysis revealed low or no hemolytic activity, with no cytotoxicity towards human embryonic kidney cells HEK-293. During time-kill assays more rapid bactericidal effects were observed for PaDBS1R1 and [I5, R8] MP against E. coli compared to S. aureus. For the peptide EcDBS1R6, identical killing curves were obtained for both bacterial strains. Membrane permeabilization and depolarization studies combined with field emission gun scanning electron microscopy (SEM-FEG) revealed that a membranolytic mechanism occurs for these peptides. When analyzed by circular dichroism and nuclear magnetic resonance microscopy or by molecular dynamics simulations during interaction with a membrane model, peptides were shown to adopt an amphipathic alpha-helical conformation. In conclusion, our results indicate that the structural and functional evaluation of rationally designed synthetic AMPs represents a promising strategy for the development of potent novel antimicrobial agents.

La polymérase d'A.R.N. la protéine obligatoire (le RbpA) est l'activateur transcriptional global (mondial) de l'espèce actinomycetes qui est essentielle pour la croissance et qu'augmente la tolérance de bactéries aux antibiotiques. RbpA de la tuberculose Mycobacterium (Mtb) stimule spécifiquement la transcription par la polymérase d'A.R.N. (RNAP) contenant σA ou les sous-unités σB, mais aucune de la 11 autre alternative σ des facteurs. Il a été rapporté que le fonctionnement de RbpA est dépendant de promoteur et c'est indispensable pour le déroulement de promoteur du promoteur sigAP constitutif.Pour déchiffrer la nature de spécificité de promoteur de RbpA, nous avons utilisé des essais biochimiques, mutagensis et des approches de génomique. Nous avons identifié ce remplacement 'TG' le motif entre-14 à-17 positions (postes) dans le promoteur sauvage-type sigAP fait la transcription indépendante de RbpA. Aussi, nous avons montré que la capacité d'augmentations de RbpA de RNAP pour fondre le promoteur sigAP aux températures sous-optimales et stabilise des complexes de promoteur. Mutational l'analyse de résidus d'acide aminé H166 et E169 dans la région σB 3.0 (σR3.0) a démontré une implication de σR3.0 dans la stabilisation RbpA-servie-d'intermédiaire de complexes de promoteur RNAP. Plus loin, la substitution à RbpA au résidu d'acide aminé R79 a affecté la stabilité complexe de promoteur, tandis que les substitutions à RbpA resdiues K73, K74 a affecté l'initiation de transcription. Cependant, aucun des mutants RbpA n'a étudié l'ouverture ici affectée de l'ADN de promoteur par RNAP. Les rôles différentiels joués par ces résidus RbpA dans la stabilisation de complexe de promoteur et l'initiation de transcription ensemble avec l'effet produit par les mutations σB suggèrent l'implication de R3.0 σB dans l'action de RbpA. Ensuite, nous avons exécuté la large de génome cartographie des gènes RbpA-dépendants du σB regulon en utilisant une Analyse de Puce à ADN de Finale(d'Écoulement) in vitro (des ROMS). L'analyse ROM a montré la preuve claire de 15 augmentation de pli du nombre de gènes activés par σB-RNAP en présence de RbpA. L'analyse de bio-informatique de 140 gènes contrôlés par la paire de RbpA-σB nous a permis d'identifier la signature caractéristique dans le-10 consensus ('TANNNT') spécifique à la sous-unité σB.Notre étude sur l'impact d'échelle de génome de RbpA, ensemble avec le déchiffrement du mécanisme moléculaire d'action de RbpA, souligne une importance de l'interaction entre σR3.0 et RbpA dans la transcription Mtb. Basé sur nos résultats nous proposons que RbpA puisse jouer un rôle du remplacement(remplaçant) fonctionnel pour-10 motifs prolongés(étendus) dans l'espèce mycobacterium. / RNA polymerase binding protein A (RbpA) is global transcriptional activator from actinomycetes species which is essential for growth and which increases tolerance of bacteria to antibiotics. RbpA from Mycobacterium tuberculosis (Mtb) specifically stimulates transcription by RNA polymerase (RNAP) containing either the σA or σB subunits but none of the other 11 alternative σ factors. It has been reported that the functioning of RbpA is promoter-dependent and it is indispensible for promoter unwinding of the constitutive sigAP promoter. To decipher the nature of promoter specificity of RbpA, we used biochemical assays, mutagensis and genomics approaches. We found that placing ‘TG-motif' between -14 to -17 positions in sigAP wild-type promoter makes transcription independent of RbpA. Also, we have shown that RbpA increases ability of RNAP to melt sigAP promoter at sub-optimal temperatures and stabilises promoter complexes. Mutational analysis of amino acid residues H166 and E169 in the σB region 3.0 (σR3.0), interacting with TG-motif, demonstrated an implication of σR3.0 in RbpA-mediated stabilisation of RNAP promoter complexes. Substitution in RbpA at amino acid residue R79 affected the promoter-complex stability, while the substitutions at RbpA resdiues K73, K74 affected the transcription initiation. However, none of the RbpA mutants studied here affected opening of the promoter DNA. The differential roles played by these RbpA residues in promoter complex stabilization and transcription initiation together with the effect produced by the σB mutations suggest the implication of σR3.0 in RbpA action. Next, we performed genome-wide cartography of the RbpA-dependent genes from the σB regulon by using an in vitro RunOff Microarray Analysis (ROMA). ROMA analysis has shown clear evidence of 15 fold increase in the number of genes activated by σB-RNAP in the presence of RbpA. Bioinformatics analysis of 140 genes controlled by RbpA-σB pair allowed us to identify characteristic signature in the -10 consensus (‘TANNNT’) specific to σB subunit. Our study underlines an importance of the interplay between σR3.0 and RbpA in Mtb transcription. Based on our results we propose that RbpA may play a role of functional replacement for TG-motif of the extended -10 elements in mycobacterium species.

La doxycycline est l’une des molécules recommandées par l’OMS en prophylaxie pour les voyageurs dans les zones d’endémie palustre, en particulier dans les zones de multirésistance. Une étude récente avait suggéré que les isolats de P. falciparum présentaient différents niveaux de sensibilité à la doxycycline et que l’augmentation du nombre de copies de deux gènes, pfmdt ou pftetQ, pouvait être associée à une baisse de sensibilité.Le premier objectif de ce travail a consisté à valider ce modèle à partir d’un nouvel échantillonnage d’isolats africains. Le second objectif était d’évaluer le nombre de copies de ces deux gènes sur des isolats originaires de Thaïlande. Le troisième objectif a consisté à rechercher d’autres sources de résistance en investiguant le polymorphisme des gènes codant l’ARN ribosomal plasmodial potentiellement impliqués dans la résistance in vitro à la doxycycline.Les résultats nous ont permis de confirmer que le nombre de copies des gènes pfmdt ou pftetQ pouvait être impliqué dans la résistance in vitro à la doxycycline en Afrique. Les résultats concernant les isolats Thaï n’ont pas permis de corréler le nombre de copies des gènes pfmdt et pftetQ au phénotype CI50. Ces éléments montrent que ce mécanisme de résistance seul est insuffisant pour expliquer la résistance à la doxycycline ; les résultats sont en faveur d’une résistance médiée par plusieurs gènes.La recherche de points de mutation sur le gène pfssrRNA codant pour la petite sous-unité ribosomale de l’ADN plasmodial n’a pas abouti. D’autres cibles moléculaires sont en cours d’étude pour expliquer les mécanismes de résistance de P. falciparum à la doxycycline. / Doxycycline is currently one of the recommended chemoprophylactic regimens for travellers visiting malaria-endemic, particularly in countries with a high prevalence of resistance to chloroquine and multiresistance. A previous study suggested that increased pfmdt or pftetQ copy number could be associated with a lower susceptibility to doxycycline.The first aim of this study was to validate the pre-established model involving these two molecular markers with other African isolates. The second was to evaluate these markers in P. falciparum isolates coming from a multiresistance area in Thaïland. The third was to investigate the eventual association between the polymorphism in genes encoding ribosomal rRNA and in vitro resistance to doxycycline.The results confirm that pfmdt or pftetQ copy numbers should be involved in in vitro susceptibility to doxycycline in African P. falciparum isolates. The results concerning the Thai isolates indicate that there is no correlation between the pfmdt and pftetQ genes copy numbers and the belonging to the high doxycycline IC50 phenotype; this implies that this mechanism of resistance is not enough by itself to explain resistance to doxycycline; it augurs that the resistance to doxycycline should be controlled by multiple genes, and that these genetic markers could be continent-dependent. The search for points of mutation in isolates from the different doxycycline IC50 phenotypic groups has not resulted with pfssrRNA. Other therapeutic targets are being considered to explain P. falciparum resistance to doxycycline.

Les bactéries constituent le socle de presque tous les écosystèmes et l’étude de leurs dynamiques face aux perturbations biotiques et abiotiques est essentielle à la compréhension de leur maintien, de leur évolution et de leur diversification. Cette thèse vise à une meilleure appréhension de l’impact des bactériophages et des antibiotiques sur l’écologie évolutive des populations bactériennes et, plus particulièrement, sur l’évolution de leurs comportements sociaux. Dans une première partie, nous avons étudié comment les antibiotiques (Chapitres 1 et 2) et les phages (Chapitre 3) affectent les interactions fondées sur la production de biens publics ainsi que l’évolution de la résistance dans les populations de Pseudomonas aeruginosa, en combinant modélisation mathématique et évolution expérimentale. Nous avons montré que les phages et les antibiotiques favorisent les tricheurs face aux coopérateurs dans les environnements homogènes. Alors que l’avantage des tricheurs permet la croissance de la population et augmente la fréquence de résistance à court terme (Chapitre 1), les populations dominées par les tricheurs finissent par décliner en présence de phages, vraisemblablement suite aux pressions combinées des phages et des tricheurs (Chapitre 3). Dans une seconde partie, nous avons exploré in vitro les interactions complexes entre les phages et les antibiotiques dans le contexte des thérapies combinées. Conformément à la prédiction de la théorie de l’évolution selon laquelle plusieurs moyens de contrôle combinés sont plus efficaces que chacun séparément, nous avons montré que l’usage simultané de phages et d’antibiotiques réduit davantage la survie et la résistance des populations. Si ce résultat principal peut être modulé par différents facteurs tels que la dose d’antibiotiques (Chapitres 4 et 5), le moment d’inoculation (Chapitre 4), et le mode d’action des antibiotiques (Chapitre 5), il persiste sur le long terme (Chapitre 5). Nos résultats soulignent la complexité des interactions entre les effets négatifs des phages et des antibiotiques et l’écologie évolutive des populations bactériennes et apportent de nouveaux éléments à la fois à la compréhension de l’évolution de la socialité et à l’usage thérapeutique potentiel des phages et des antibiotiques. / Bacteria are the basis of virtually all ecosystems and examining their dynamics in the face of biotic and abiotic perturbations is essential to understanding their persistence, evolution and diversification. This thesis is directed towards a better understanding of the impact of phage and antibiotic pressure on the evolutionary ecology of bacterial populations and, in particular, on the evolution of bacterial social behaviours. First, using a combination of mathematical modelling and experimental evolution, we studied how antagonisms in the form of antibiotics (Chapters 1 and 2) and phages (Chapter 3) affect the dynamics of public goods production and strategies, and the evolution of resistance in populations of the bacterium Pseudomonas aeruginosa. We found that both phages and antibiotics favour cheats over cooperators in well-mixed environments. While the advantage to cheats leads to population growth and even increased resistance frequency in the short-term (Chapter 1), the cheat-dominated populations eventually declined in the presence of phage predators, arguably due to the combination of antagonist pressure and cheating load (Chapter 3). Second, based on the evolutionary prediction that multiple control agents will be more efficient at controlling bacterial populations and reducing the evolution of resistance, we investigated in vitro the complex interactions between phages and antibiotics in the context of combined therapies. We showed that the combination of phages and antibiotics decreased population survival and resistance evolution significantly more than either alone. While this main result may be mitigated by several factors such as antibiotic dose (Chapters 4 and 5), the timing of inoculation (Chapter 4), and antibiotic mode of action (Chapter 5), it is also obtained in longer-term assays (Chapter 5). Our results highlight the complexity of the interplay between the negative effects exerted by antibiotics and phages and the evolutionary ecology of bacterial populations, and bring new insights both to the understanding of social evolution and for the potential therapeutic use of phages and antibiotics.

L’étude de la composition de la flore digestive ainsi que son implication avec la santé et les maladies est devenue un enjeu majeur. Nous avons étudié la flore de malades traités par de très nombreux antibiotiques, à la fois par culturomics et par pyroséquençage. Ce travail a montré une diminution importante du nombre de bactéries différentes colonisant le tube digestif après traitement. Cette diminution était d’autant plus importante que le traitement était prolongé. Les bactéries offrant une protection immunitaire contre certains pathogènes, il est à présent proposé des vaccinations contres des microorganismes invasifs après traitement antibiotique au long cours. Par ailleurs, les techniques de séquençage ont montré pour deux des échantillons un haut taux de colonisation par Akkermansia muciniphila, un microorganisme appartenant au phylum des Verrucomicrobia. Ce résultat a par ailleurs été confirmé en utilisant des techniques d’hybridation de fluorescence in situ (FISH). Les tentatives de culture ce microorganisme se sont révélées infructueuses. Au final ce travail nous aura permis de cultiver 7 nouvelles espèces que nous avons décrites en utilisant la taxonogénomique, une approche incluant des données phénotypiques et le séquençage du génome.Nous avons également étudié la flore de patients infectés par le virus du VIH par métagénomique et avons observé une augmentation considérable des bactéries qui supportent l’oxygène, alors que les bactéries intolérantes étaient très diminuées. Ces changements étaient associés aux marqueurs de progression de la maladie, ouvrant la voie à une supplémentation en antioxydants. / The study of the composition of the intestinal flora as well as its involvement with health and disease has become a major issue.We studied the flora of patients treated by broad-spectrum antibiotics by both culture and pyrosequencing. This work showed a significant decrease in the number of different bacteria colonizing the digestive tract after treatment. This decrease was even more important that treatment was extended. Bacteria interacting with immune protection against some pathogens, it is now proposed vaccinations against invasive microorganisms after prolonged antibiotic treatment. Furthermore, the sequencing techniques have shown for two samples a high-level colonization by Akkermansia muciniphila a microorganism belonging to the phylum Verrucomicrobia. Despite the successive failures of culture attempt of this organism, this finding was also confirmed using fluorescence in situ hybridization technique (FISH). Ultimately this work has enabled us to discover 7 new species that have been described using the taxonomogenomics approach which includes phenotypic data and genome sequencing.We also studied the flora of HIV-infected patients by metagenomics, and observed a significant increase in bacteria that withstand oxygen, while intolerant bacteria were deceased. These changes were associated with markers of disease progression, opening the way for antioxidant supplementation.