Depuis quelques décennies, les bactéries pathogènes multi-résistantes aux antibiotiques sont de plus en plus répandues dans le monde. Cette situation a suscité le besoin et l'intérêt de trouver des médicaments antibactériens avec de nouvelles cibles potentiels. La découverte des systèmes de communication de type quorum sensing (QS) régulant la virulence bactérienne représente une des cibles privilégiées pour contrôler les bactéries pathogènes autrement qu’en interférant avec leur croissance bactérienne. Dans l’écosystème naturel, un grand nombre d'organismes (Eucaryotes et Procaryotes) co-existent en synthétisant chacun de leur côté des métabolites secondaires. Les plantes, étant en permanence en contact avec des bactéries, synthétisent des métabolites secondaires capables d’inhiber l’expression des gènes de virulence chez les bactéries sans pour autant affecter ni leur croissance ni leur viabilité. Notre objectif a été de contribuer à la valorisation de la biodiversité malgache en identifiant des plantes et en y isolant les composés actifs présentant une capacité à perturber le mécanisme de QS chez P. aeruginosa PAO1, une bactérie pathogène opportuniste de l’homme, des animaux et des plantes. Dans ce but, nous avons tout d’abord réalisé un criblage d’activité anti-QS de différents flavonoïdes commerciaux. De ce criblage, la narigenine et la naringine ont été sélectionnées pour être les molécules de contrôle positif et négatif des tests d’activité anti-QS, respectivement. Par la suite, 4 espèces de Dalbergia endémique de Madagascar ont fait l’objet de criblage pour leur activité anti-QS. Ce travail a fait ressortir l’activité anti-QS très intéressante de l’écorce de D. trichocarpa à partir de laquelle nous avons isolée le composé actif nommé la coumarate de l’aldéhyde-oléanolique (OALC). Le contrôle naringénine et l’OALC ne présente aucun effets inhibiteurs sur la croissance bactérienne de P. aeruginosa PAO1 et sur l’expression du gène QS-indépendant aceA suggérant une activité d’inhibition spécifiquement liée au QS. Cependant, ces deux molécules présentent des spectres d’inhibition différente. En effet, les deux molécules diffèrent dans le sens que la naringenine n’inhibe pas l’expression du gène gacA et la motilité de type twitching contrairement à l’OALC. Ces résultats suggèrent que l’OALC et la naringénine représente des candidats potentiels pour des investigations in vivo quant à leur effet anti-QS et anti-biofilm sur des modèles infectieux d’organismes supérieurs. Par ailleurs, ils démontrent la richesse des plantes malgaches comme sources de nouvelles molécules anti-virulence ainsi que l’importance de telle investigation afin de renforcer notre arsenal thérapeutique en composé antibactérienne dans la lutte continuelle contre les bactéries pathogènes/Since few decades, multidrug resistant bacteria spread all over the world. This situation gives rise to the need and interest in finding antibacterial drugs with novel potent target. Discovery of communication system termed Quorum Sensing (QS) which regulate bacterial virulence factor represent privileged target in another way than interfering with bacterial growth. In natural ecosystem, many organisms (Eukaryotes and Prokaryotes) produce secondary metabolites. As plants are permanently in contact with bacteria, they have synthetized secondary metabolites which inhibit bacterial virulence gene expression without affecting bacterial viability. Our goal was to contribute to the valorization of Malagasy biodiversity and specifically to identify plants and isolate bioactive compound presenting ability to disrupt QS mechanism in P. aeruginosa, opportunistic pathogen bacteria in plants, animals and human. In this purpose, screening of commercial available flavonoids has been firstly carried out. From this screening, naringenin and naringin have been selected to be used as positive and negative QS inhibitor controls, respectively. Subsequently, Four Malagasy endemic Dalbergia species have been screened for their anti-QS activity. This work pointed out the interesting anti-QS activity of D. trichocarpa bark extract which led to the isolation of oleanolic aldehyde coumarate (OALC) as one major bioactive compound. At the concentration tested, naringenin and OALC did not affect P. aeruginosa PAO1 viability and didn’t reduce QS-independent aceA gene expression suggesting a specific anti-QS activity. However, these two compounds present different inhibition spectrum. Indeed, naringenin didn’t inhibit gacA gene expression and twitching motility contrarily to OALC. These results suggest that OALC and naringenin represent potent candidates for in vivo investigations in their anti-QS and anti-biofilm activity onto eukaryotes infectious model. Besides, this finding demonstrated the potent source for novel anti-virulence compounds of Malagasy flora and the importance of this kind of research to strengthen our antimicrobial therapeutic arsenal with the ongoing struggle against bacterial infection. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les lactones macrocycliques (LM) sont des anthelminthiques (AH) à effet paralysant très utilisés chez les animaux et les humains contre les nématodes parasites. Cependant, leur succès thérapeutique est compromis par la résistance croissante aux LM, qui pourrait être en partie dû aux ABC transporteurs P-glycoprotéines (Pgps) sélectionnés et surexprimés chez les nématodes résistants aux LM. Dans ce travail, nous avons étudié plus précisément la P-glycoprotéine 13 du parasite de petits ruminants, Haemonchus contortus. Son orthologue chez le modèle nématode C. elegans, Cel-Pgp-13, est exprimé dans les amphides, structures qui ont été associées à la sensibilité aux AH chez C. elegans et H. contortus. Pour prédire la capacité des Pgps de nematode à transporter des drogues, incluant des LM et autres AH, nous avons développé un modèle de docking in silico. Nous avons utilisé la structure cristallographique de C. elegans Pgp-1 (Cel-Pgp-1), et nous avons montré la liaison avec une forte affinité de plusieurs ligands décrits comme activateurs de sa fonction ATPasique. Nous avons aussi décrit une forte affinité des LM, et un site spécifique de liaison de ces composés à Cel-Pgp-1. Cette approche représente un outil important pour prédire les interactions entre AH, et pour concevoir rationnellement de nouveaux inhibiteurs compétitifs des Pgps de nématode, dans le but d'améliorer les stratégies thérapeutiques. Sur la base de cette approche, nous avons prédit la structure 3D de Hco-Pgp-13 à partir du cristal de Cel-Pgp-1 afin d'étudier son intéraction avec des substrats potentiels, en particulier les LM. Nous avons trouvé des affinités similaires pour différents composés précédemment testés sur Cel-Pgp-1. In vitro, la mesure de l'activité ATPasique montre que l'actinomycine D est un substrat de Hco-Pgp-13. Nos données démontrent la présence possible d'un domaine de reconnaissance multispécifique sur ce transporteur de parasite. La détermination par immunofluorescence de l'expression de Hco-Pgp-13 a montré une distribution tissulaire large indiquant que Hco-Pgp-13 pourrait jouer un role important dans le transport de substrats endogènes et/ou exogènes. En conclusion, ce travail permet de mieux comprendre le rôle des Pgps de nématodes dans le transport de médicaments AH, tant au niveau de l'organisme modèle C. elegans que du nématode parasite H. contortus. Cette étude suggère la conservation de la fonction de tranporteur ABC multidrogue dans ces espèces. La localisation de Hco-Pgp-13 sur les structures amphidiales, et son éventuelle implication dans la résistance aux médicaments et à la survie de H. contortus à l'exposition à des composés AH, restent à préciser. / Macrocyclic lactones (ML) are paralyzing anthelmintics used in animals and humans against parasite nematodes. However, their therapeutic success is compromised by the spread of ML resistance. This might be at least partly due to P-glycoproteins (Pgps) ABC transporters that are selected and overexpressed in ML-resistant nematodes. Deciphering the role of the 10 Pgps expressed in the parasite of small ruminants Haemonchus contortus is thus of major importance to guaranty anthelmintic (AH) efficacy of various drugs. Here we focused on Hco-Pgp-13 due to the expression in the amphids of its closest ortholog in the model nematode C. elegans. Indeed, the amphids represent a putative entry route of drugs to reach AH targets in the nervous system and have been linked to AH susceptibility in C. elegans and H. contortus. In order to predict the capacity of nematode Pgps to transport drugs, including ML and otherAH, we have developed an in silico drug docking model. We have used C. elegans Pgp-1 (Cel-Pgp-1) crystal structure and have showed a high affinity binding of several ligands that have been shown to be activators of its ATPase function. ML were also found to bind with high affinity to Cel-Pgp-1, on a specific binding site. This approach provides a valuable tool to predict drug-drug interactions and to rationally design new competitive inhibitors of nematode Pgps, in order to improve anthelmintic therapeutics. We then predicted a putative 3D structure of Hco-Pgp-13 based on the recently released crystal of Cel-Pgp-1, with which it presented a high homology. This allowed the study of the interaction of Hco-Pgp-13 with potential substrates, in particular ML. We found similar affinities for various drugs previously tested on Cel-Pgp-1, supporting the good homology of these two proteins. Together with in vitro ATPase assay experiments that confirmed the substrate status of actinomycin D, this indicates a possible multispecifc recognition capacity of this parasitic transporter. The determination of Hco-Pgp-13 localization using immunohistochemistry showed a wide tissue expression consistent with a critical role for Hco-Pgp-13 in endogenous and/or exogenous substrate transport. In conclusion, this work provides insights into the role of nematode Pgps in transporting AH drugs, both at the level of the model organism C. elegans and of the parasitic nematode H. contortus. This suggests a high homology of function conserved between ABC tranporters in these species. The localization of such protein on amphidial structures and its possible involvement in drug resistance and survival of H. contortus to exposure to AH compounds remain to be precised.

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Plants are continuously confronted with a multitude attack either abiotic but also biotic in nature. Interestingly, despite the abundance of bacteria that plant has to face, only few are able to induce death or disease in the host plant. It is therefore likely that, in addition to secondary metabolites with antimicrobial properties, plants also synthesize secondary metabolites which are able to inhibit the expression of virulence genes in bacteria without affecting either growth or viability, which allows plants to host willingly or not bacterial populations. This work focuses on the identification of such metabolites in Malagasy plants (genera Dalbergia and Combretum) and the demonstration of their inhibitory effect on the expression of virulence genes in two different pathosystems: Rhodococcus fascians (a phytopathogen) and Pseudomonas aeruginosa (an opportunistic pathogen). Thus, two metabolites were isolated using a combination of chromatographic techniques coupled with tests that evaluate the expression of certain genes involved in the virulence mechanisms of these bacteria. The first is a new prenylated isoflavanone, named perbergin, isolated from the bark extract of D. pervillei. It was shown that the perbergin target attR gene expression, encoding a LysR-type transcriptional regulator that plays a key role in regulating the expression of virulence genes of R. fascians and the transition from an epiphytic to a pathogenic lifestyle. Therefore, we have also shown that the expression of all virulence genes known to date in R. fascians is also affected while the expression of genes involved in epiphytic fitness of the bacteria is not altered. In addition, the application of perbergin at the time of infection of plants susceptible to R. fascians shows that this molecule reduces in vivo the virulence of R. fascians, highlighting the potential of perbergin as an anti-infective agent. The second is a flavonoid known as catechin, isolated from the bark extract of C. albiflorum. Catechin significantly inhibits the expression of genes that regulate the mechanism of quorum sensing in P. aeruginosa such as lasI, LasR, rhlI and rhlR but also lasB and rhlA which expression depends on quorum sensing. Therefore, the production of virulence factors such as pyocyanin and elastase is significantly affected. Because of the limited number of our arsenal of antibiotics and their increasing ineffectiveness, the identification of these compounds create a path to an alternative in the fight against pathogenic bacteria and multidrug resistance of pathogenic bacteria to antibiotics. Our results also demonstrate the richness of Malagasy plants as (re)sources of new therapeutic molecules and the importance of widening the range of bacterial targets to be investigated to develop new strategies to fight within the endless war that we are waging against bacteria pathogens.<p><p>Les plantes sont continuellement confrontées à une multitude d’attaques qu’elles soient de nature abiotique ou surtout biotique. Il est intéressant de noter que malgré la multitude de bactéries auxquelles les plantes doivent faire face, seules quelques unes sont capables d’induire la mort ou une maladie chez la plante hôte. Il est dès lors fort probable que, outre les métabolites secondaires ayant des propriétés antimicrobiennes, les plantes synthétisent également des métabolites secondaires capables d’inhiber l’expression des gènes de virulence chez les bactéries sans toutefois affecter ni leur croissance ni leur viabilité, ce qui permet aux plantes de contenir les populations bactériennes qu’elles hébergent de gré ou de force. Ce travail porte sur l’identification de ce type de métabolites dans des plantes malgaches (genres Dalbergia et Combretum) et la démonstration de leurs effets inhibiteurs sur l’expression de gènes de virulence chez deux pathosystèmes différents: Rhodococcus fascians (un phytopathogène) et Pseudomonas aeruginosa (un pathogène opportuniste). Ainsi, deux métabolites ont été isolés en utilisant une combinaison de techniques chromatographiques couplées avec des tests qui évaluent l’expression de certains gènes impliqués dans les mécanismes de virulence de ces bactéries. Le premier est un nouvel isoflavanone prénylé, nommé perbergine, isolé à partir de l’extrait d’écorces de D. pervillei. Il a été montré que la perbergine cible l’expression du gène attR, codant un régulateur transcriptionnel de type LysR qui joue un rôle clé dans la régulation de l’expression des gènes de virulence de R. fascians et qui assure la transition entre un mode de vie épiphyte et le mode pathogène. En conséquence, nous avons également montré que l’expression de l’ensemble des gènes de virulence connu à ce jour chez R. fascians est également affectée alors que l’expression de gènes impliqués dans l’aptitude épiphyte de la bactérie n’est pas altérée. Par ailleurs, l’application de perbergine au moment de l’infection de plantes sensibles à R. fascians montre que cette molécule atténue la virulence de R. fascians in vivo, mettant en exergue le potentiel de la perbergine comme agent anti-infectieux. Le deuxième est un flavonoïde, connu sous le nom de catéchine, isolé de l’extrait d’écorces de C. albiflorum. La catéchine inhibe significativement l’expression des gènes régulateurs du mécanisme du quorum sensing chez P. aeruginosa tels que lasI, lasR, rhlI et rhlR et également lasB et rhlA dont l’expression dépend du quorum sensing. En conséquence, la production des facteurs de virulence tels que la pyocyanine et l’élastase est significativement affectée. Compte tenu de l’appauvrissement de notre arsenal d’antibiotiques et de leur inefficacité croissante, l’identification de ces composés ouvre une voie alternative de lutte contre les bactéries pathogènes et la multirésistance des bactéries pathogènes aux antibiotiques. Nos résultats démontrent également la richesse des plantes malgaches comme (res)sources de nouvelles molécules thérapeutiques et l’importance d’élargir le champ des cibles bactériennes à investiguer pour développer de nouvelles stratégies de lutte dans la guerre sans fin que nous menons contre les bactéries pathogènes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished