Thèse d'exercice : Médecine. Médecine interne : Université de Nantes : 2003. / Bibliogr. f. 39-41.

Les composés dits 'bionano' (bionanocomposites) apparaissent comme un nouveau groupe de matériaux hybrides nano-structurés. Ils sont issus de la combinaison de polymères naturels et de solides inorganiques et sont de l'ordre du nanomètre dans au moins une direction. Ces matériaux hybrides conservent les structures et les propriétés fonctionnelles des polymères et matériaux inorganiques dont ils sont composés. Parallèlement, la présence de biopolymères permet de diminuer les risques environnementaux et de santés publiques liés aux nano-matériaux. Les propriétés inhérentes aux biopolymères (biocompatibles' et biodégradables) ouvrent des perspectives intéressantes pour ces matériaux hybrides en particulier dans les domaines de la médecine regénérative et en génie de l'environnement. La production de bionanocomposites de taille plus importante, que les nanoparticules qu'ils renferment, permet d'éviter les effets nocifs potentiels des nanoparticules (NPs) pour les organismes vivants et plus particulièrement pour l'homme. L'association de biopolymères et de nano-solides inorganiques permet la conception de bionanocomposites multifonctionnels qui peuvent être synthétisés et utilisés pour des applications dans des domaines variés. Cette thèse se propose d'étudier principalement (i) ma présence d'arsenic et d'antibiotiques dans les sources d'eau potable en Chine; (ii) l'évaluation d'un nouveau bionanocomposites, à savoir le CGB (chitosan goethite bionanocomposite), dans la décontamination des eaux contenant des espèces inorganiques d'arsenic; (iii) l'évaluation d'argiles comme adsorbants de décontamination de la gentamicine (un antibiotique aminoglycoside ) présent dans l'eau de même que celle de bionanocomposés fait d'argiles riches en gentamicine de polymères de methycelluloses hydroxypropyles Gt-Mt-HPMC (gentamicin-montmorillonite- hydroxypropyl methycellulose) utilisés comme pansement contre les infections qui ont lieu suite à des brûlures. / Bionanocomposites represent an emerging group of nano-structured hybrid materials. They are formed by the combination of natural polymers and inorganic solids and show at least one dimension on the nanometer scale (Darder et al., 2007). These hybrid materials retain the structural and functional properties of nano-structured materials. Meanwhile, the presence of biopolymer can reduce the public health and environmental risk of nano-sized material. The properties inherent to the biopolymers, that is, biocompatibility and biodegradability, open new prospects for these hybrid materials with special incidence in regenerative medicine and in environmental engineering (Darder et al., 2007). Fabrication of large-sized bionanocomposites, rather than nano-sized particles, can prevent possible harmful nanoparticles (NPs) intake by humans and living things. Synergistic assembling of biopolymers with inorganic nano-sized solids leads to multifunctional bionanocomposites which can be synthesized and applied in several areas for designed purposes. This thesis focuses on (i) the presence of toxic arsenic and antibiotics in Chinese drinking water sources; (ii) evaluation of a novel tailored bionanocompsite, namely chitosan goethite bionanocomposite (CGB), as removal agent for inorganic arsenic species from water; (iii) using clay mineral as adsorbent for removing gentamicin, an aminoglycoside antibiotic, from water, and assembling gentamicin-loaded clay with biopolymer hydroxypropyl methycellulose leading to a bionanocomposites film, namely gentamicin-montmorillonite- hydroxypropyl methycellulose (Gt-Mt-HPMC), to be used as burn wound dressing.

La résistance aux antibiotiques est une menace sérieuse pour la santé publique en Europe, entrainant une augmentation des coûts de la santé, des échecs thérapeutiques, et de la mortalité (ECDC, 2011). Le développement de l'antibiorésistance est principalement lié à la consommation d'antibiotiques chez l'Homme et les animaux. Depuis le début des années 2000, les pays européens ont limité cette consommation et en 2006, l'UE a interdit l'utilisation d'antibiotiques comme promoteurs de croissance. Ceci a favorisé le développement de diverses alternatives à l'utilisation d'antibiotiques. L'objectif principal de ce projet de thèse est d'évaluer l'utilisation d'alternatives spécifiques et non spécifiques à l'utilisation d'antibiotiques dans les élevages de porcs européens. L'étude sera organisée en trois parties: i) une évaluation technique, visant à quantifier le lien entre l'utilisation d'antibiotiques et les performances techniques des élevages, ii) une évaluation économique, basée sur une analyse coût-efficacité et coûts-bénéfices des stratégies alternatives aux antibiotiques et iii) une évaluation psychosociologique, décrivant les attitudes et les comportements des éleveurs, vétérinaires et scientifiques vis-à-vis de l'utilisation d'antibiotiques en élevage porcin. Ce projet impliquera à la fois la réalisation de visites d'élevages français, l'utilisation d'outils statistiques variés et de méthodes de recherche qualitative et d'évaluation des risques. Ainsi, ce projet fournira les bases d'une compréhension globale des facteurs techniques, économiques et psychosociologiques qui orientent les décisions des éleveurs et des vétérinaires au sujet de la santé et de la production porcine et qui, par conséquent, définissent les possibles interventions sur l'utilisation d'antibiotiques. Cette étude fait partie du projet de recherche du Consortium MINAPIG financé par le programme Emida Era-Net. Un financement supplémentaire est fourni par l'Office vétérinaire fédéral suisse. / Antimicrobial resistance is a serious threat to public health in Europe, leading to mounting healthcare costs, treatment failure, and deaths (ECDC, 2011). The development of antimicrobial resistance is mainly due to antimicrobial consumption in humans and animals. From early 2000s, European countries have implemented restriction measures and in 2006, EU banned the use of antibiotics as growth promoters in animal feed. This has promoted the development of various alternatives to antimicrobial. The main objective of this PhD project is to assess and evaluate specific and unspecific alternatives to antimicrobials in the European pig industry. The study will be organised in three main parts: i) a technical assessment, quantifying the link between antimicrobial use and technical performances of the pig farms, ii) an economic evaluation, conducting cost-effectiveness and cost-benefit analyses of alternative strategies in comparison with antimicrobial usage, and iii) a psycho-sociological evaluation, describing farmers, veterinarians and pig experts attitudes, beliefs and behaviours regarding the use of antimicrobials in pig farming. The project will involve field work in France, statistical analysis using a range of methods, qualitative research methods, conceptual work and the use of risk assessment methods. We expect this PhD project to provide the foundation for an integrated understanding of technical, economical and psychological factors driving decisions of farmers and veterinarians about pig health and production and the consequential interventions, particularly the use of antimicrobials. This study is part of the MINAPIG Consortium Research project funded by the Era-Net programme Emida. Additional funding is available through the Federal Veterinary Office of Switzerland.

Les bactéries sont des microorganismes capables de se développer et de proliférer indépendamment les uns des autres en milieu liquide. Mais dès qu’une surface se présente, biotique ou abiotique, les bactéries privilégient un « mode de vie en communauté » pour se protéger des agressions externes et survivre aux environnements hostiles. Ces biostructures, appelées biofilms, sont présentes dans tous les environnements naturels, y compris chez l’Homme où elles peuvent être à l’origine d’infections chroniques lorsqu’elles hébergent des germes pathogènes. Il est aujourd’hui admis que de tels édifices biologiques perdurent sous l’action des antibiotiques. Outre le très médiatique phénomène de résistance qui trouve son origine dans des mutations génétiques bactériennes, la tolérance, quant à elle, provient des spécificités de la structure et de la physiologie des bactéries organisées en biofilms. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse qui vise à mieux comprendre les mécanismes sous-jacents au manque d’efficacité d’antibiotiques (vancomycine,daptomycine, rifampicine) vis-à-vis des biofilms de S. aureus, en s’appuyant notamment sur des techniques innovantes d’imagerie à résolution micro-nanométrique. Nous avons mis au point un modèle d’infections sur prothèse vasculaire implantable chez la souris qui a permis une toute première visualisation par imagerie de fluorescence de biofilms formés in vivo et soumis à l’action des antibiotiques mais aussi de montrer leur activité limitée. Nous nous sommes ensuite attachés à une meilleure compréhension de la tolérance aux antibiotiques de biofilms bactériens de S. aureus. Pour ce faire, nos études ont porté, d’une part, sur le rôle de la matrice extracellulaire et, d’autre part, sur le rôle de la physiologie des bactéries incluses en biofilm. Il a ainsi été mis en évidence le rôle crucial de la fluidité membranaire. Ces travaux nous ont alors permis de dégager des pistes pour améliorer l’antibiothérapie disponible mais aussi développer des alternatives à ce type de traitement. / Bacteria are microorganisms capable of growing independently in liquid media. However, as soon as they encounter a surface, either biotic or abiotic, bacteria favour a "community living" to protect themselves from external aggressions and survive in hostile environments. These bacterial communities, named biofilms, are present in all natural environments, including humans where they can cause severe infections when hosting pathogenic germs. It is now accepted that such biological edifices persist under antibiotics action. In addition to antibiotic 'resistance', which is associated with genetic mutations of bacteria, 'tolerance' is related with the specific structure and physiology of bacteria organized in biofilms. In this context, we took benefit from innovative high-resolution imaging techniques to better understand the mechanisms underlying antibiotics (vancomycin, daptomycin, rifampicin) (in)efficacy within S. aureus biofilms. In addition, we developed a model for prosthetic vascular graft infections in mice that allowed the visualization by fluorescence imaging of biofilms formed in vivo and subjected to the action of antibiotics. Considering the very limited antibiotics efficacy observed, we then focused on a better understanding of S. aureus bacterial biofilms tolerance towards antibiotics. To this purpose, our work was focused on the role of both the extracellular matrix and the physiology of bacteria included in biofilms. The crucial role of membrane fluidity was then demonstrated. This work allowed us to identify paths for the improvement of antibiotic therapy and to develop alternatives to this type of treatment.

Les infections ostéo-articulaires requièrent souvent un acte chirurgical couplé à une antibiothérapie prolongée, en lien avec la capacité des bactéries en cause à former des biofilms sur les prothèses. La présence d’antibiotiques à des concentrations sub-inhibitrices (sub-CMI) peut stimuler la capacité des bactéries à former des biofilms, ce qui complexifie la problématique. Notre étude avait pour but de caractériser in vitro le comportement biofilm d’une souche clinique de Staphylococcus aureus issue d’une infection ostéo-articulaire en présence de 12 antibiotiques préconisés dans le traitement des infections à staphylocoques, à différentes concentrations (dont des concentrations sub-CMI).Un dénombrement des bactéries viables a été effectué à partir de biofilms formés en présence de chacun des 12 antibiotiques à différentes concentrations (incluant des concentrations sub-CMI), ainsi que dans les suspensions présentes autour de ces mêmes biofilms. La présence de 7 d'entre eux (ceftaroline, daptomycine, gentamicine, fosfomycine, ofloxacine, rifampicine et vancomycine) entraînait une inhibition de la formation de biofilm à des concentrations inférieures ou égales aux concentrations critiques. L'action de la fosfomycine s'étendait même à des concentrations sub-CMI. Seules la daptomycine et la gentamicine étaient capables d’agir à la fois sur les bactéries sessiles et sur les bactéries non-adhérentes en suspension.Quant aux biofilms mâtures de cette même souche préalablement formés en absence d'antibiotiques, seules des concentrations 800 à 51200 fois supérieures à la CMI -concentrations largement incompatibles avec une utilisation thérapeutique - entraînaient leur éradication.Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons concentré nos efforts sur l'action de la fosfomycine, choisie en fonction de son effet sur la formation de biofilm et de son intérêt thérapeutique. Une analyse transcriptomique des cellules présentes dans les biofilms formés en présence de fosfomycine et de cellules issues de biofilms matures traités ultérieurement à la fosfomycine a montré que la présence de cet antibiotique induisait majoritairement une sous expression de gènes codant des protéines impliquées dans le métabolisme et le transport des nucléotides, des acides aminés et des carbohydrates. Des gènes codant des adhésines et des protéines impliquées dans la synthèse de la capsule (ScdA) étaient également sous-exprimés. De manière moins importante, l'expression de gènes codant des molécules impliquées dans la synthèse du peptidoglycane (MGT et MurA) et des autolysines était également diminuée. Le ralentissement métabolique et les modifications induites au niveau des membranes par la présence de l'antibiotique seraient responsables du changement des capacités d'adhésion de la bactérie.L'impact de la fosfomycine à une concentration sub-CMI sur les caractéristiques des bactéries viables isolées dans la suspension autour des biofilms a également été déterminé. De façon surprenante, ces bactéries montrent une capacité accrue à former du biofilm par rapport à celles issues de l'environnement d'un biofilm non soumis à l'action de l'antibiotique, en lien probablement avec un accroissement d'épaisseur de leur couche de peptidoglycane.En conclusion, ces données obtenues in vitro devront être confirmées dans des modèles d'infections expérimentales in vivo. Malgré tout, elles soulignent la pertinence de l’utilisation de la fosfomycine dans la prévention des infections ostéo-articulaires liées à S. aureus, à condition d'éradiquer en parallèle les formes non adhérentes. / Osteoarticular infections (OAI) often require a surgical procedure with prosthesis removal followed by long-term complex antibiotherapy. The ability of Staphylococcus aureus to adhere and produce biofilm on the surface of implanted material contributes to treatment failures and microbiological relapses. In addition, biofilm formation can be induced by some antibiotics at sub-minimal inhibitory concentrations (sub-MICs). The present study characterizes in vitro the effects of 12 antibiotics on biofilm formed by a strain of methicillin-susceptible Staphylococcus aureus isolated from an osteo-articular infection.The influence of these antibiotics was assessed on biofilm formation at concentrations including the breakpoints, by numbering viable cells in the biofilm biomass and in the suspensions (unattached cells) surrounding the biofilm. Biofilm formation was prevented in presence of ceftarolin, daptomycin, fosfomycin, gentamicin, ofloxacin, rifampicin and vancomycin at the highest concentrations tested. Only fosfomycin showed inhibition properties also at sub-MICs. Unattached and sessile viable bacteria were undetectable to daptomycin and gentamicin at the highest concentrations tested.Determination of the minimum biofilm eradication concentrations (MBECs) indicated that in vitro eradication of 24h-old biofilms required concentrations at least 800 times higher than the planktonic MIC, concentrations obviously not compatibles with classical therapeutic doses.In the second part of this work, we focused our study on the action of fosfomycin, because of its effect on biofilm formation and its therapeutic interest. A transcriptome analysis was performed with sessile cells from both biofilm formed in the presence of sub-MIC of fosfomycin and cells from pre-formed 24h-old biofilm treated by fosfomycin at sub-MBEC. Fosfomycin induced mostly down regulation of genes assigned to nucleotide, amino acid and carbohydrate transport and metabolism. Adhesins and capsular biosynthesis proteins (ScdA) encoding genes were also down regulated. To a lesser extent, peptidoglycan biosynthesis proteins (MGT and MurA) and autolysins encoding genes were found down regulated. Metabolic slowdown and cell membrane modifications induced by fosfomycin are likely to be responsible for the impairment of bacterial adhesion capacity.The action of fosfomycin at sub-MIC on unattached cells surrounding biofilm was also analyzed. Surprisingly, they displayed higher capacity to form new biofilm than their counterparts obtained without fosfomycin, probably associated with their large peptidoglycan layer.In conclusion, these data underline the relevance of the use of fosfomycine in preventing osteo-articular infections due to S. aureus and should be assessed in in vivo experiments. However, simultaneous eradication of unattached cells should also be considered due to the high capacities of these cells to disseminate and establish new biofilm, a real risk of treatment failure.

Dans des expériences récemment réalisées au laboratoire, des clones de F. tularensis ont été exposés à des concentrations croissantes d’antibiotiques. Au cours de cette expérience d’évolution expérimentale, les bactéries ont acquis un haut niveau de résistance aux FQ. Cette résistance s’est accompagnée de mutations sur la cible des FQ soient les topoisomérases de type II. Le séquençage du génome de ces souches, a montré que l’exposition aux FQ induisait également des mutations du gène fupA. Mon objectif est d’investiguer le rôle potentiel de FupA dans la résistance aux FQ à partir de deux axes : 1- Analyse phénotypique des mutants FupA : Cette analyse se fera via la complémentation des mutants des lignées d’évolution, l’évaluation des CMI et l’étude in vitro de la multiplication intracellulaire. Préalablement, les vecteurs de complémentation nécessaires seront clonés et séquencés. 2- Etude biochimique de la protéine : Cette étude consistera en la purification de la protéine recombinante suivie de la recherche des ligands potentiels. Outre des expériences de pull-down, la protéine sera utilisée pour générer des anticorps. L’étude cristallographique de cette protéine est également envisagée. / In recent experiments performed in the lab, F. tularensis strains were exposed to increasing concentrations of antibiotics. During this evolution procedure, bacteria acquired a high-level fluoroquinolone (FQ) resistance. This resistance has been associated with mutations in the FQ target genes encoding DNA gyrase and topoisomerase IV. Interestingly, the sequencing of the genomes of these strains showed that exposure to FQ also induced mutations in the gene encoding the FupA protein. My goal is to investigate the putative role of FupA in FQ resistance, an effect never previously reported. Two main approaches will be carried out. 1- phenotypic analysis of fupA mutants: This analysis will consist in complementation of mutants, evaluation of MIC and in vitro study of intracellular multiplication. Previously, the complementation vectors required will be cloned and sequenced. FQ resistance will also be evaluated on a FupA KO Francisella strain to be constructed. 2- biochemical study of the protein: We will perform cloning and purification of the full-length recombinant protein or truncated forms. Recombinant target will be useful for further identification of potential ligands by pull-down experiments. It will also be used to generate antibodies to check expression of FupA in highly resistant clones as well as for IF or EM localisation of the protein. Crystallographic study of this protein is also envisaged.

Clostridium difficile est une bactérie qui, avec l’appauvrissement de la flore intestinale causée par des antibiotiques, produit deux toxines qui altèrent la paroi intestinale et provoquent ainsi des diarrhées pouvant entraîner la mort. Les premiers traitements à base de vancomycine, ont fait apparaître des souches résistantes. Depuis 2012, Santé Canada a approuvé un seul nouvel antibiotique, la fidaxomicine ou tiacumicine B. Ce traitement est plus efficace pour lutter contre C. difficile que la vancomycine. Le macrocycle de la tiacumicine B, un macrolactone, est fabriqué par une bactérie du sol et les enzymes qui agissent dans la voie de biosynthèse sont connues mais leur ordre d’action ne l’est pas encore. Pour cela, il est nécessaire de connaître les substrats de chacune de ces enzymes. Afin de mieux comprendre la biosynthèse de la tiacumicine B, ce mémoire présente la détermination de la structure de TiaP1, un cytochrome P450 qui hydroxyle le carbone 18 du macrocycle. La structure de TiaP2, qui hydroxyle le carbone 20, étant déterminée, l’objectif était de prédire l’identité de son substrat à l’aide de l’arrimage moléculaire. Les résultats appuient l’hypothèse que TiaP2 agirait avant TiaP1 sur le macrocycle. D’après les simulations d’arrimage moléculaire, nous prédisons que la glycosyltransférase TiaG1 (non étudiée ici) ajouterait un résidu de sucre au macrolactone avant que TiaP2 n’hydroxyle le carbone 20. / Clostridium difficile is a bacterium that, with the depletion of gut flora during antibiotic treatment, produces two toxins that alter the intestinal wall causing potentially deadly diarrhea. The first treatments were based on vancomycin and resistance by C. difficile developed rapidly. In 2012, Health Canada approved a new antibiotic, fidaxomicin, which is also named tiacumicin B. This treatment is the most effective treatment against C. difficile. The macrocycle of tiacumicin B, a macrolactone, is produced by a soil bacterium and enzymes that act in the biosynthetic pathway are known. However, their order of action is not established. To know their order of action, it is necessary to know the substrates. This thesis presents the determination of TiaP1 structure, a cytochrome P450 that hydroxylates carbon 18 of the macrocycle of tiacumicin B. The structure of TiaP2, a P450 hydroxylating carbon 20, was already determined, and we attempted to predict its substrate by using a molecular docking approach. Our results confirm that TiaP2 hydroxylates before TiaP1. According to molecular docking results, we predict that the glycosyltransferase TiaG1 (not studied here) adds a sugar on the macrolactone of tiacumicin B before TiaP2 hydroxylates the carbon 20.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2016-2017 / Cette thèse porte sur l’élucidation du mode d’action de peptides synthétiques qui sont des analogues cationiques du peptide modèle 14-mère. À l’instar des peptides antimicrobiens naturels, ces peptides synthétiques induisent des perturbations membranaires et une meilleure connaissance de leur mode d’action s’avère un élément déterminant pour le design de nouveaux peptides synthétiques qui présenteront une activité antibactérienne maximale et une activité hémolytique moindre. Afin de mieux caractériser le rôle de certains déterminants moléculaires sur l’interaction membranaire, nous avons sélectionné deux catégories de peptides, soit des analogues qui ont une structure secondaire en hélice α et qui sont non sélectifs à l’égard des membranes mimétiques de bactérie et des analogues qui forment des feuillets β intermoléculaires et qui sont sélectifs à l’endroit des membranes mimétiques de bactérie. Les études réalisées ont fait intervenir plusieurs techniques spectroscopiques comme la spectroscopie infrarouge, la spectroscopie RMN des solides et la spectroscopie de fluorescence. Tout d’abord, nous avons vérifié le rôle des interactions électrostatiques sur l’interaction membranaire, et ce, en effectuant une étude comparative entre des analogues cationiques et anioniques. Les résultats obtenus démontrent que les peptides anioniques et cationiques ont un impact similaire sur la dynamique des têtes polaires des phospholipides et l’ordre conformationnel des chaînes acyle. Cependant, les tests de relargage ont démontré que seuls les peptides cationiques formant des feuillets β intermoléculaires sont sélectifs alors que les homologues anioniques qui forment des feuillets β intermoléculaires sont inactifs en présence des membranes mimétiques de bactéries et de cellules eucaryotes. Ensuite, pour mieux comprendre le mode de perturbation membranaire des peptides cationiques qui sont non sélectifs et sélectifs, nous avons effectué des études par spectroscopie RMN des solides sur des échantillons de peptides reconstitués dans des bicouches lipidiques mécaniquement orientées entre des lamelles de verre ainsi que échantillons bicellaires. Les résultats ont démontré que les peptides sélectifs perturbaient davantage l’orientation des phospholipides zwitterioniques en comparaison avec les peptides non sélectifs. De plus, les simulations spectrales réalisées sur les spectres expérimentaux suggèrent que les peptides non sélectifs induisent la formation de pores ayant une géométrie toroïdale. En terminant, nous avons étudié la topologie membranaire et la localisation dans la membrane d’un peptide ayant une conformation en hélice α (R5R10) et d’un peptide formant des feuillets β intermoléculaires (R4R11). Les résultats obtenus par RMN de l’azote-15 indiquent que le peptide R5R10 est localisé au niveau de la surface membranaire avec une certaine hétérogénéité dans l’orientation. Cette conclusion est soutenue par des expériences réalisées par spectroscopie infrarouge en mode ATR. Des mesures de distances à partir de la technique REDOR entre les phospholipides et les peptides ont permis de constater que le peptide en hélice α est localisé à proximité du noyau phosphore alors que le peptide en feuillets β agrégés est localisé plus superficiellement au niveau de la surface membranaire. Cette différence de pénétration dans la région interfaciale pourrait expliquer la différence de sélectivité entre le peptide R5R10 (non sélectif) et R4R11 (sélectif). De plus, les tests de relargage de la calcéine ont démontré que les deux peptides induisent une contrainte de courbure positive à la membrane lipidique. Ainsi, l’alliance des résultats suggèrent que le mode de perturbation membranaire des peptides R5R10 et R4R11 est similaire au mécanisme modèle du type sinking-raft. / This thesis is related to the determination of the mode of action of synthetic peptides that are cationic derivatives of the model 14-mer peptide. Similarly to the natural antimicrobial peptides, these synthetic peptides induce membrane perturbations and a better understanding of their mechanism of action is of primary importance to design new synthetic derivatives displaying higher antimicrobial and lower hemolytic activities. In order to characterize the role of certain molecular determinants on the membrane interactions, we have focused on two categories of peptides, namely peptides adopting an α-helical conformation which are non-selective towards bacterial mimetic membranes and peptides forming intermolecular β-sheet structures which are selective towards bacterial mimetic membranes. The experiments were carried out with several spectroscopic techniques such as infrared spectroscopy, solid-state NMR spectroscopy and fluorescence spectroscopy. First, we have studied the effect of electrostatic interactions on the membrane interactions by doing a comparative study between cationic and anionic analogs. The results show that both the anionic and the cationic derivatives have a similar impact on the dynamics of the phospholipid polar headgroups and on the conformational order of the acyl chains. However, dye-release experiments have shown that only the cationic derivatives forming intermolecular β-sheet structures are selective whereas their homologous β-sheet aggregated anionic peptides are inactive in the presence of both bacterial and eukaryotic mimetic membranes Then, to better understand the mode of membrane perturbation of non-selective and selective peptides, we have performed solid-state NMR experiments on peptides reconstituted in oriented samples of phospholipids. The results have shown that the selective peptides disrupt even more the orientation of zwitterionic phospholipids than the non selective peptides. In addition, the spectral simulations performed on experimental spectra suggest that the non-selective peptides induce the formation of pores having a toroidal geometry. To conclude, we have studied the membrane topology and the location into the membrane of the α-helical peptide R5R10 and the β-sheet aggregated peptide R4R11. The results obtained using ¹⁵N NMR indicate that the α-helical peptide is located on the membrane surface with a certain degree of heterogeneity. This conclusion is also supported by experiments performed using ATR spectroscopy. Distance measurements between phospholipids and peptides using the REDOR technique indicate that the α-helical peptide is near the phosphate nucleus of phospholipids whereas the β-sheet aggregated peptide is superficially located on the membrane surface. The difference of penetration into the interfacial region could explain the difference of selectivity between the R5R10 peptide (non selective) and the R4R11 peptide (selective). In addition, dye-release experiments have shown that both peptides induce a negative curvature strain to the membrane. Therefore, by taking into account all the results, it seems that the mechanism of action of these peptides is similar to the sinking-raft model mechanism.

Les médications intra canalaires, comme l’hydroxyde de calcium, sont utilisées en endodontie pour désinfecter le système radiculaire. Mais, les traitements endodontiques peuvent échouer en raison d’une infection persistante causée principalement par la subsistance de certaines bactéries dans le canal dentaire. Pour contrôler la croissance bactérienne, l’usage de peptides antimicrobiens comme la dermaseptine semble être une alternative prometteuse. Les objectifs de ce projet de recherche étaient de comparer les propriétés antibactériennes de la dermaseptine S1 (DS1) et de l’Ultracal XS (hydroxyde de calcium) sur la croissance d’Enterococcus faecalis et leur compatibilité respective sur les cellules souches de la pulpe dentaire. Méthode : E. faecalis est cultivé en présence ou non d’Ultracal XS (Ultradent), d’hydroxyde de calcium, de sulfate de baryum, de propylène glycol ou de DS1 (10, 50 and 100 µm/mL). La croissance bactérienne est évaluée pendant 24 h par spectrophotométrie. Les effets des différents composés sur les cellules souches pulpaires furent évalués par microscope optique à 24 et 48 h et par test de MTT à 48 h. Les données furent collectées de 3 expériences et soumises à une analyse statistique ANOVA à une issue et au test de Tukey. Résultats : L’Ultracal XS diminue légèrement la croissance bactérienne, alors que l’hydroxyde de calcium pur, le sulfate de baryum et le propylène glycol n’ont pas eu d’effet sur la bactérie. La DS1, même à de faibles concentrations, a significativement réduit la croissance bactérienne. L’effet inhibiteur a été présent pendant 24 heures, avec des concentrations de DS1 de 50 et 100 µm/mL. De plus, l’Ultracal XS et ses constituants ont montré un effet toxique important sur l’adhésion et la croissance des cellules souches pulpaires, alors que la DS1 montre seulement un effet toxique modéré à des concentrations de 100 µm/mL. Conclusion : L’Ultracal XS diminue modérément la croissance d’ E. faecalis alors que la DS1 la réduit de façon importante. Les effets toxiques au niveau des cellules souches pulpaires sont modérés pour la DS1 en comparaison avec l'Ultracal XS. Cette étude a démontré qu’il pourrait être intéressant d’utiliser les dermaseptines en médication intracanalaire en endodontie. / Intracanal medication is used in endodontics to disinfect the root canal system, but sometimes endodontic treatments fail due to the persistence of infection. Antimicrobial peptides such as dermaseptins might be a good alternative to calcium hydroxide for intracanal medication.Endodontic treatments can fail due to the persistence of infection. Antimicrobial peptidesmight be a good alternative to calcium hydroxide for intracanal medication. This study aimsto compare the antimicrobial properties of dermaseptin S1 (DS1) and Ultracal XS against E.faecalis growth and their compatibility with dental pulp stem cells (DPSC). Methods: E.faecalis cells were cultured in the presence or not of Ultracal XS (Ultradent), calcium hydroxide, barium sulfate, propylene glycol, or DS1 (10, 50, and 100 µm/mL). The bacterial growth was assessed over 24 h by spectrophotometry. The effect of the different chemicals on the shape and growth of DPSCs were evaluated using an optical microscope at 24 and 48h and an MTT assay after 48 h. Data were collected from 3 experiments and subjected tostatistical analysis using one-way ANOVA and Tukey’s test. Results: Ultracal XS, slightly decreased the growth of bacteria, while calcium hydroxide, barium sulfate, and propyleneglycol do not affect the growth of E. faecalis. Interestingly, DS1 significantly reduced thegrowth of E. faecalis. The inhibitory effect was present up to 24 h culture, with 50 and 100ug/ml of DS1. Ultracal XS and its constituents have a high toxic effect on DPSC adhesion and growth, while DS1 showed moderate adv erse effects only at high concentrations (100µg/ml). Conclusions: Ultracal XS moderately, while DS1 highly decreased the growth of E.faecalis. The toxic effect of DS1 on DPSCs was moderate compared to Ultracal XS. This study demonstrated the potential use of dermaseptin as an intracanal medication.

Cette thèse porte sur la détermination des mécanismes de perturbation membranaire de peptides amphiphiles synthétiques de 14 et 21 acides aminés par spectroscopies de RMN à l'état solide et infrarouge. Des études antérieures ont démontré que les peptides 14- et 21- mères possèdent des activités membranaires s'apparentant à celles observées pour les peptides antimicrobiens naturels et leurs analogues. Dans le but de mieux comprendre la nature des interactions impliquées dans leurs modes d'action, et ainsi faire le design et la synthèse de peptides synthétiques possédant une activité antimicrobienne sélective, nous avons étudié les peptides 14- et 21-mères en interaction avec différentes membranes lipidiques modèles. Les membranes modèles utilisées dans cette étude sont les vésicules multilamellaires zwitterioniques et anioniques, les bicouches lipidiques orientées entre des plaques de verre et les bicelles. Dans un premier temps, nous avons étudié l'effet des peptides 14- et 21-mères sur la conformation des têtes polaires et l'ordre orientationnel des chaînes acyle des phospholipides constituant les membranes modèles par spectroscopie de RMN du phosphore-31 et du deutérium. Ces résultats ont révélé que les peptides modèles perturbent davantage la région polaire des bicouches lipidiques, et ont un effet moindre sur les chaînes acyle des lipides. Nous avons également déterminé par spectroscopie de RMN de Pazote-15 que les peptides 14- et 21-mères adoptent une orientation en surface des bicouches orientées entre des plaques de verre. Des mesures de distances hétéronucléaires intermoléculaires ont également confirmé la proximité du peptide 14-mère avec les têtes polaires des lipides DMPC. Dans un dernier temps, nous avons étudié les interactions membranaires et la diffusion rotationnelle du peptide 21-mère en interaction avec des bicelles par RMN P, H et 15N. Les résultats ont révélé que le peptide 21-mère stabilise la structure des bicelles et n'adopte pas une distribution circulaire d'orientation dans le plan des bicelles. Finalement, la dynamique du peptide 21-mère incorporé à des vésicules multilamellaires de DMPC a été étudiée par des expériences en RMN du carbone-13 via l'analyse du nombre et de l'intensité des bandes de rotation, et ces analyses ont révélé que le peptide 21-mère est immobilisé dans son interaction membranaire. / This thesis is related to the determination of the membrane perturbation mechanisms of 14 and 21 amino acid amphipathic synthetic peptides by solid-state NMR and infrared spectroscopies. Previous studies have shown that the 14- and 21-mer peptides exhibit membrane activities similar to those observed for natural antimicrobial peptides and their related analogues. To better understand the type of interactions that are involved in the modes of membrane perturbation of the 14- and 21 -mer peptides, and then to plan the design and synthesis of synthetic peptides with selective antimicrobial activity, we have studied the interaction between the peptides and a variety of model membranes. The types of model membranes used in these studies are zwitterionic and anionic multilamellar vesicles, oriented bilayers stacked between glass plates and bicelles. We first investigated the effects of the 14- and 21-mer peptides on the conformation of polar headgroups and orientational order of lipid acyl chains by phosphorus-31 and deuterium NMR spectroscopy. The results reveal that the 14- and 21-mer model peptides perturb to a greater extent the polar region of phospholipid bilayers, and to a lesser extent the lipid hydrophobic acyl chains. Nitrogen-15 NMR results indicate that the 14- and 21-mer peptides reside at the surface of bilayers stacked between glass plates. Also, intermolecular heteronuclear distance measurements confirm the proximity of the 14-mer peptide to DMPC lipid polar headgroups. We have also studied the membrane interaction and rotational diffusion of the 21- mer peptide in interaction with bicelles by 31P, 2H and 15N NMR. The results reveal that the 21-mer peptide stabilizes the bicelle structure and do not show a circular orientational distribution in the bicelle planar region. Finally, the 21-mer peptide dynamics has been studied by l3C NMR experiments via the analysis of the number and intensity of spinning sidebands, and the results suggest that the 21-mer peptide is immobilized upon binding.