La tuberculose humaine, causée par Mycobacterium tuberculosis, est responsable de plus d'un million de décès par an et on estime qu'un tiers de la population mondiale est infecté de façon latente. Lors de leur arrivée dans les poumons, les mycobactéries sont détectées par les cellules du système immunitaire inné grâce à de nombreux récepteurs, tels que les lectines de type C. Le but de mes travaux était de caractériser les bases moléculaires et les conséquences fonctionnelles des interactions entre les mycobactéries et trois lectines de type C : Mincle, Dectine-1 et Dectine-2. Nous avons ainsi défini les relations structure/fonction de la reconnaissance des ligands de nature glycolipidique par Mincle et Dectine-2 et synthétisé des ligands de structure minimale de Mincle qui pourraient avoir de potentielles applications comme adjuvants de vaccination. Enfin, nous avons identifié Dectine-1 comme une possible voie d'entrée silencieuse des mycobactéries dans les cellules phagocytaires. / Mycobacterium tuberculosis is the causative agent of human tuberculosis leading to more than 1 million deaths every year and infecting latently one third of the population worldwide. Once in the lungs, mycobacteria are detected by innate immune cells through several pattern recognition receptors such as C-type lectins. The aim of my thesis was to characterize the molecular bases and the functional consequences mycobacteria recognition by three C-type lectins: Mincle, Dectin-1 and Dectin-2. We have characterized the structure/function relationships of the glycolipid ligands recognition by Mincle and Dectin-2 and synthesized ligands of Mincle with a minimal structure that could be used as vaccine adjuvants inducing Th1 and Th17 responses. We also identified Dectin-1 as a possible silent entry gate for mycobacteria into phagocytic cells allowing binding to immune cells without triggering intracellular signaling.

Les espèces de la famille des Mycobacteriaceae sont caractérisées par une enveloppe bactérienne épaisse, riche en lipides, de structures uniques, connus pour être d'importants immunomodulateurs. Les mycobactéries sont majoritairement non pathogènes et sont rapidement éliminées par le système immunitaire de l'hôte. Cependant, certaines espèces causent des pathologies graves pour l'homme. Parmi ces espèces, M. tuberculosis, agent étiologique de la tuberculose ou M. abscessus, pathogène opportuniste responsable de mycobactérioses chez les patients immunodéprimés, sont capables d'échapper aux mécanismes fondamentaux du système immunitaire afin de se maintenir au sein des macrophages. Parmi ces mécanismes, l'autophagie, processus cellulaire de dégradation de composants cytoplasmiques par les lysosomes, est impliquée dans l'immunité anti-mycobactérienne en limitant la multiplication intracellulaire des mycobactéries. Les mécanismes moléculaires de l'activation de l'autophagie dans un contexte d'infection à mycobactérie et les mécanismes d'inhibition du processus mis en place par les mycobactéries pathogènes ou opportunistes sont partiellement caractérisés. Ainsi les objectifs principaux de ma thèse furent de (i) caractériser la réponse autophagique des macrophages suite à l'infection par trois espèces de mycobactéries, M. smegmatis (non pathogène), M. abscessus (opportuniste) et M. tuberculosis (pathogène) ; et (ii) de déterminer le rôle de deux facteurs de virulence lipidiques, les dimycocérosates de phthiocérols (DIM) et les sulfolipides (SL) dans la modulation du processus autophagique. Les résultats de ce travail de thèse ont permis (i) de caractériser un nouvel mécanisme d'induction de l'autophagie, ne reposant pas sur l'ubiquitination préalable de la mycobactérie et impliquant l'activation de la voie de signalisation des TLRs et, (ii) grâce à l'utilisation de différents mutants, de montrer que les lipides DIM, SL de M. tuberculosis et les glycopeptidolipides (GPL) de M. abscessus sont impliqués dans la limitation du processus autophagique au sein des macrophages. Ce travail de thèse met en évidence de nouveaux facteurs cellulaires et mycobactériens impliqués dans la régulation du processus autophagique, facteurs qui pourraient être des cibles potentielles dans le développement de vaccin ou de thérapies basées sur les défenses de l'hôte. / Mycobacteria are a large family of bacteria characterized by an atypical cell envelope rich in exotic lipids and glycoconjugates. Although most members of the mycobacteria family are non-pathogenic, a few members such as M. tuberculosis or M. abscessus are pathogenic or opportunistic for humankind. These mycobacteria cause diseases such as Tuberculosis or a wide array of infections in immunocompromised patients, and are able to escape fundamental mechanisms of macrophage innate immune responses. Amongst these mechanisms, autophagy, which is the selective engulfment of cytoplasmic components and degradation by lysosomes, contributes to anti-mycobacterial immunity by limiting the intracellular growth of mycobacteria. The molecular mechanism behind anti-mycobacterial autophagy and the strategies employed by pathogenic or opportunistic mycobacteria to limit this process have yet to be fully uncovered. My thesis project aimed to (i) decipher the autophagic response in macrophages induced by three species of mycobacteria: a non-pathogenic M.smegmatis, an opportunistic M.abcessus and a pathogenic M.tuberculosis and (ii) to determine the role of two lipidic virulence factors, phthiocerols of dimycocerosates (DIM) and sulfolipids (SL) in the modulation of the autophagy process to advantage the mycobacteria. This work has (i) characterized a novel induction mechanism of autophagy, which does not rely on the ubiquitination of the mycobacteria and implicates the activation of TLR signaling, and (ii) has shown that M. tuberculosis lipids DIM and SL and M abscessus glycopeptidolipid (GPL) are involved in the limitation of the autophagy process inside macrophages. Overall, this work provides novel regulation mechanisms of autophagy pathway during macrophage encounter with mycobacteria species, mechanisms that could be potential targets in the development of host-based therapy or vaccine against mycobacterial infections.

Les mycobactéries, dont les plus connues sont Mycobacterium tuberculosis et Mycobacterium leprae, agents étiologiques de la tuberculose et de la lèpre respectivement, présentent une enveloppe complexe et atypique faisant l'objet de nombreuses études dans le cadre de la lutte contre ces pathologies. Cette enveloppe est composée d'une couche externe aussi appelée capsule dans le cas de bactéries pathogènes, d'une paroi (mycomembrane - arabinogalactane (AG) - peptidoglycane (PG)) et d'une membrane plasmique. La membrane externe des mycobactéries, appelée mycomembrane est composée de protéines et majoritairement d'acides mycoliques, acides gras à très longues chaînes a-ramifiés et ß-hydroxylés. Ces derniers sont retrouvés covalemment liés, d'une part au complexe AG-PG dans le feuillet interne de la mycomembrane, et d'autre part au tréhalose au niveau du feuillet externe de la mycomembrane. On trouve également en fonction des mycobactéries des lipides complexes dont la localisation exacte dans l'enveloppe n'est à ce jour pas clairement connue et reste sujette à débats. Ce travail a permis de mettre au point un protocole, en deux étapes majeures, permettant le fractionnement cellulaire de deux espèces mycobactériennes, M. aurum et M. smegmatis. Le but étant d'isoler les deux membranes mycobactériennes afin de déterminer leur composition en terme de lipides mais aussi de protéines. Tout d'abord, des culots enrichis en mycomembranes (liées à l'AG-PG) ou en membranes plasmiques sont obtenus par ultracentrifugations différentielles puis purifiés sur gradients de densité discontinus de saccharose. L'absence de contaminations des membranes entre elles est vérifiée grâce à des marqueurs spécifiques. Il a été montré que les phospholipides qui sont les composants majoritaires de la membrane plasmique sont également présents dans la mycomembrane à côté des mycolates de tréhalose. De plus ce travail a permis de montrer que les lipoglycanes, lipoarabinomannanes et lipomannanes, lipides possédant des propriétés antigéniques, sont retrouvés dans les deux fractions membranaires. Ce travail de fractionnement a été le point de départ d'une étude de protéomique afin d'identifier les protéines retrouvées spécifiquement au niveau de la mycomembrane-AG-PG mais également les protéines de la membrane plasmique, les protéines sécrétées et les protéines solubles, provenant des cytosol et périplasme. Une étude de dynamique par RMN sur les fractions membranaires natives menée conjointement avec l'étude protéomique, devrait permettre de mieux comprendre l'organisation de l'enveloppe cellulaire des mycobactéries ainsi que certains des mécanismes impliqués dans la pathogénicité. / Mycobacteria, including Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium leprae, etiological agents of tuberculosis and leprosy respectively, are composed of a complex and atypical cell wall, which is the focus of numerous studies in the context of the fight against these pathologies. This cell envelope, to which many biological properties have been attributed, is composed of three entities: an outer layer also called capsule in the case of pathogenic species, a cell wall and a plasma membrane. Within the mycobacterial cell wall, the outer membrane, called mycomembrane, is mainly composed of proteins and mycolic acids, very long chain a-branched and ß-hydroxylated fatty acids. These mycolic acids are found in the inner leaflet of the mycomembrane, covalently linked to the arabinogalactan-peptidoglycan complex (AG-PG), and in the outer leaflet where they are linked to trehaloses. Complex lipids are also known in mycobacteria, and may vary depending on the species, however their exact localization within the cell envelope is not yet clearly known and remains open to debate. In order to better delineate the composition of the two mycobacterial membranes, mycomembrane and plasma membrane, a two-step protocol was developed for cell fractionation of two mycobacterial species, M. aurum and M. smegmatis. Firstly, pellets enriched in mycomembranes (linked to AG-PG) or plasma membranes are obtained by differential ultracentrifugations. Then, these membrane pellets are purified using a sucrose step density gradient. To ensure the absence of cross-contaminations of the membranes, specific markers of each membranes are used. Phospholipids, which are the major components of the plasma membrane, are also found in the mycomembrane with trehalose mycolates. Moreover, this study allowed us to demonstrate that immunogenic lipoglycans, lipoarabinomannans and lipomannans, are found in the two mycobacterial membranes. Once the fractionation successfully achieved, it was possible to initiate proteomic studies in order to identify proteins that are specific of the mycomembrane-AG-PG but also those secreted or present in the soluble fraction, derived from the cytosol and periplasm compartments. Future NMR dynamic studies, to be performed on the native membranes, combined with the proteomic studies will help deciphering the organization of the mycobacterial cell envelope as well as the mechanisms involved in pathogenicity.

Mycobacterium tuberculosis (M.tb) l'agent étiologique de la tuberculose infecte un tiers de la population mondiale avec 9 millions de nouveaux cas et 1.5 millions de décès chaque année. La capacité de la bactérie à persister dans son hôte ainsi que l'apparition croissante de souches multi-résistantes voire totalement résistantes expliquent ces statistiques dramatiques. La découverte de nouveaux traitements à travers une meilleure connaissance de la physiologie et des programmes génétiques adaptatifs du pathogène est donc une priorité mondiale. M.tb est un bacille à Gram+ avec une enveloppe particulière caractérisée par une membrane externe (la mycomembrane) essentielle à sa viabilité et sa virulence. Cette membrane est constituée majoritairement d'acides mycoliques (AMs), des acides gras à très longues chaînes modifiés par l'introduction de groupements fonctionnels. Bien qu'à ce jour la biosynthèse des AMs est relativement bien caractérisée d'un point de vue biochimique, certaines données nécessitent d'être confirmées in vivo, de même qu'il existe peu d'information sur la régulation et la contribution des gènes de biosynthèse à la capacité adaptative des mycobactéries. Une trentaine de gènes sont impliqués dans la biosynthèse des AMs dont hadA, hadB et hadC codant pour une réaction de déshydratation essentielle. Il a été démontré biochimiquement que HadB porte l'activité catalytique et que HadA et HadC apportent la spécificité de substrats. Au cours de ma thèse, par une approche génétique, nous avons montré que seule HadB était essentielle à la viabilité mais que HadA et HadC bien que non essentielles jouaient un rôle majeur dans la physiologie, la capacité adaptative et la virulence des mycobactéries, en relation avec leur rôle dans la structure des AMs. Ces résultats avaient non seulement confirmé les données biochimiques quant au rôle de HadC dans la biosynthèse des AMs, mais également souligné l'intérêt d'une stratégie de lutte basée sur l'affaiblissement du fitness de M.tb, rendant ainsi le pathogène plus sensible aux traitements déjà existants ainsi qu'aux défenses naturelles de l'hôte. Une analyse phylogénétique couplée à une analyse expérimentale de l'expression des gènes nous a permis de retracer et de rationaliser le scénario évolutif qui a façonné le locus hadABC. En accord avec l'organisation génétique, j'ai ainsi montré que la carence en nutriments, un stress rencontré par la bactérie lors de l'infection, conduisait à la co-répression des gènes hadABC ainsi que de la plupart des gènes de biosynthèse des AMs avec des gènes impliqués dans le processus de traduction. Le potentiel de traduction est connu pour être contrôlé par la disponibilité en nutriments, à travers notamment la réponse stringente, une réponse adaptative universellement conservée chez les bactéries. Suite à ces résultats, un modèle a été proposé selon lequel au cours de la réponse stringente, les intermédiaires de synthèse des AMs, seraient détournés au profit de la synthèse de lipides alternatifs dont des lipides de stockage. L'analyse phylogénétique a également suggéré une relation fonctionnelle étroite entre l'activité des enzymes HadABC et des enzymes responsables de la modification des AMs. Afin d'avoir une vision intégrée de la régulation de la synthèse de la mycomembrane, nous avons analysé le rôle biologique du gène rv0081 codant pour un facteur de transcription global. Différentes approches systémiques suggéraient que Rv0081 jouerait un rôle central dans la capacité adaptative de M.tb en régulant de nombreux gènes impliqués dans différentes fonctions cellulaires dont les gènes hadABC. J'ai pu montrer qu'un mutant rv0081 était hypervirulent et que l'absence d'une régulation naturelle du gène affectait la capacité de survie de la bactérie à l'intérieur des macrophages. / Mycobacterium tuberculosis (M.tb), the causative agent of tuberculosis infects one third of the world population with 9 million new cases and 1.5 million deaths each year. The capability of the bacteria to persist in its host and the emergence of multi- and totally-drug resistant strains explain these dramatic statistics. Therefore, the discovery of new drugs through a better understanding of the physiology and of the adaptive genetic programs of the pathogen is a priority. Mtb is a Gram + bacilli with an unusual cell envelope characterized by an outer membrane (the mycomembrane) essential to its viability and virulence. This membrane is mainly composed of mycolic acids (MAs), a class of very long chain fatty acids which are modified by the introduction of functional groups. To date the biosynthesis of MAs is biochemically well characterized, but some data need to be confirmed in vivo, likewise there is little information about the regulation and the contribution of biosynthesis genes in the adaptive capacity of mycobacteria. Around thirty genes are involved in the biosynthesis of MAs including hadA, hadB and hadC which are required for an essential dehydration reaction. It has been shown biochemically that HadB bears the catalytic activity and that HadA and HadC bring about the substrate specificity. In this study, using a genetic approach, we have shown that only HadB was essential to the viability but that the non-essential HadA and HadC proteins played a major role in the physiology, the adaptive capacity and the virulence of mycobacteria. These results have not only confirmed the biochemical data on the role of HadC in the biosynthesis of MAs, but have also underlined the relevance of a strategy based on weakening the fitness of Mtb, making the pathogen more susceptible to existing therapy as well as to the natural host defenses. Phylogenetic and experimental analyses of gene expression allowed us to rationalize the evolutionary scenario that has shaped the hadABC locus. In agreement with the genetic organization, I have shown that starvation, a stress experienced by the bacterium upon infection, resulted into the co-repression of the genes hadABC as well as most of the MAs biosynthetic genes with genes involved in the translation process. The translation potential is known to be controlled by nutrient avaibility, especially through the stringent response, an adaptive response widely conserved in bacteria. Following these results a model was proposed stating that during the stringent response, the MAs intermediate products would be redirected toward the synthesis of alternate lipids including storage lipids. Phylogenetic analysis also suggested a close functional relationship between the activity of HadABC proteins and the enzymes involved in the modification of MAs. In order to get an integrated picture of the regulation of the biosynthesis of the mycomembrane, we analyzed the biological role of rv0081, a gene encoding a transcription factor. Various comprehensive approaches suggested that Rv0081 plays a key role in M.tb adaptive capacity through the regulation of many genes involved in various cellular functions including the hadABC genes. In my PhD work I have shown that an rv0081 deleted strain was hypervirulent and that the inability of the bacteria to properly regulate the gene had prevented the bacteria to survive within macrophages.

Le TMC207 est un nouvel antituberculeux appartenant à la famille des diarylquinolines qui inhibe très efficacement l'ATP synthase des mycobactéries. Dans le but de cartographier les interactions entre le TMC207 et sa cible et de comprendre le mécanisme d'action exact de cette nouvelle drogue, nous avons sélectionné in vitro des mutants résistants au TMC207 à partir de plusieurs espèces mycobactériennes. Six mutations distinctes ont été identifiées dans l'anneau c de l'ATP synthase: D28G, D28A, L59V, E61D, A63P et I66M. L'effet de ces mutations dans la résistance a été évalué en mesurant le niveau de résistance conféré dans les clones résistants, ainsi que dans un système de complémentation chez M. smegmatis. Les résultats ont été interprétés grâce à la construction d'un modèle structural de l'anneau c, utilisé pour faire des expériences de docking avec le TMC207. Nos résultats montrent que les résidus substitués dans les clones résistants définissent une poche localisée entre deux sous-unités c adjacentes dans l'anneau, englobant le site de fixation du proton, qui permet la stabilisation du TMC207. La drogue bloque ainsi le transfert des protons et la synthèse d'ATP. Pour finir, nous avons mis au point l'expression et la purification de l'ATP synthase mycobactérienne afin d'initier l'étude structurale de ce macro-complexe en microscopie électronique et en cristallographie des protéines. Les résultats obtenus en microscopie électronique en coloration négative nous ont permis d'obtenir les premières images de l'ATP synthase de M. smegmatis

Les problèmes de santé publique causés par des bactéries comme Mycobacterium tuberculosis et Salmonella enterica sont amplifiés par l’émergence de souches multi-résistantes aux antibiotiques, d’où la nécessité de mettre au point rapidement de nouvelles stratégies antimicrobiennes. La découverte récente de peptides membranaires bactériens qui ont la propriété de réguler des partenaires protéiques membranaires impliqués dans la virulence bactérienne permet d’envisager des stratégies « anti-virulence » innovantes.Mon travail a porté sur l’étude de deux peptides membranaires, KdpF et MgtR, chez M. bovis BCG et S. typhimurium, qui sont des pathogènes intracellulaires capable de survivre dans les macrophages. La surexpression de KdpF chez M. bovis BCG et de MgtR chez S. typhimurium entraîne une diminution de la survie bactérienne dans les macrophages et je me suis attachée à en comprendre la mécanistique et à étudier l’effet biologique de peptides KdpF et MgtR synthétiques.Ces travaux m’ont permis de mettre en évidence que les peptides KdpF endogène et synthétique augmentent la sensibilité des bactéries au stress azoté. Nous proposons que cela soit en lien avec la déstabilisation de la nitrate réductase. De plus et pour la première fois, j’ai démontré que le peptide synthétique KdpF est biologiquement actif et mime les propriétés anti-virulence du peptide endogène KdpF dans les macrophages.J’ai montré que le peptide synthétique MgtR réduit la survie intra-macrophagique de S. typhimurium, et j’ai identifié un peptide variant ayant une action encore plus efficace. Ces deux peptides entraînent une diminution du taux de plusieurs protéines de la membrane interne, dont certaines sont des facteurs de virulence reconnus.De plus, j’ai contribué à une étude visant à tester l’effet anti-virulence du peptide MgtR de Salmonella chez les mycobactéries. En utilisant un système hétérologue, j’ai montré que l’ajout du peptide synthétique MgtR peut empêcher la dimérisation de la protéine MgtC de M. tuberculosis et également favoriser sa déstabilisation.En conclusion, l’ensemble de mes résultats permet de mieux comprendre le mécanisme d’action des peptides membranaires KdpF et MgtR et montre que les peptides synthétiques KdpF et MgtR possèdent des propriétés anti-virulence prometteuses, point essentiel pour valider la pertinence de ces molécules dans le cadre de stratégies innovantes alternatives ou complémentaires aux antibiotiques. / The public health problems caused by bacteria such as Mycobacterium tuberculosis and Salmonella enterica are amplified by the emergence of multi-drug resistant strains, leading to the demand of new antimicrobial strategies. The recent discovery of bacterial membrane peptides that have regulatory effects on membrane protein involved in bacterial virulence makes it possible to envisage innovative "anti-virulence" strategies.My work was focused on the study of two membrane peptides, KdpF and MgtR, in M. bovis BCG and S. typhimurium respectively, which are intracellular pathogens capable of surviving in macrophages. Overexpression of KdpF in M. bovis BCG and MgtR in S. typhimurium, has already been reported to decrease bacterial survival in macrophages. Therefore, I focused on the study of mechanism and biological effect of synthetic KdpF and MgtR peptides.This work allowed me to conclude that endogenous and synthetic KdpF peptides increase the sensitivity of bacteria to nitrosative stress. I propose that this is related to the destabilization of the enzyme nitrate reductase. In addition and for the first time, I have demonstrated that the synthetic KdpF peptide is biologically active and mimics the anti-virulence properties of the endogenous KdpF peptide in macrophages.In the next part of my study, I have shown that the synthetic MgtR peptide reduces the intramacrophage survival of S. typhimurium and I have identified a variant peptide with even stronger action. These two peptides cause a decrease in the level of several proteins of the inner membrane, some of which are recognized as virulence factors.In addition to that, I tested the anti-virulence effect of Salmonella MgtR peptide in mycobacteria. Using a heterologous system, I have shown that the addition of the synthetic MgtR peptide can prevent the dimerization of M. tuberculosis MgtC protein and also promote its destabilization.In conclusion, all my results provide a better understanding of the mechanism of action of KdpF and MgtR membrane peptides and show that the synthetic peptides KdpF and MgtR have promising anti-virulence properties. This is an essential factor to validate the relevance of these molecules as part of innovative, alternative or complementary strategies to antibiotics.

La résistance aux antibiotiques est un problème majeur en santé publique qui mène à développer de nouvelles stratégies thérapeutiques, notamment en ciblant des facteurs de virulence bactériens. MgtC est un facteur de virulence impliqué dans la survie intra-macrophagique chez plusieurs pathogènes intracellulaires. La protéine MgtC est également présente chez le pathogène extracellulaire Pseudomonas aeruginosa. De plus, un peptide MgtR a été identifié comme étant un antagoniste naturel potentiel de MgtC. Pour étudier le rôle de MgtC dans la virulence des mycobactéries, j'ai analysé un mutant mgtC de Mycobacterium marinum dans les modèles d'infection d'embryons de danio et de macrophages en culture. Cela a permis de mettre en évidence un nouveau rôle de MgtC au niveau de l'étape de phagocytose qui est augmentée avec le mutant mgtC. Chez P. aeruginosa, nous avons montré qu'un mutant mgtC est atténué dans l'embryon de danio et présente une sensibilité accrue à l'action bactéricide du macrophage. Par ailleurs, j'ai montré que les gènes mgtC de M. marinum et de P. aeruginosa sont régulés par le magnésium. De plus, l'expression de mgtC de P. aeruginosa est fortement induite dans les macrophages. Enfin, concernant les propriétés antagonistes de MgtR, des souches de Mycobacterium bovis BCG ou de P. aeruginosa exprimants mgtR semblent se comporter de la même manière que les mutants mgtC, suggérant des propriétés anti-virulence prometteuses pour MgtR et confirmant le choix de MgtC en tant que cible dans le cadre d'une stratégie anti-virulence. / Antibiotic resistance is a major problem in public health, which leads to develop new therapeutics strategies, including strategies targeting bacterial virulence factors. MgtC is a virulence factor involved in intramacrophage survival in several intracellular pathogens. MgtC protein is also present in extracellular pathogen Pseudomonas aeruginosa. Moreover, a peptide MgtR has been identified as a potential and natural antagonist of MgtC.To study the role of MgtC in mycobacterial virulence, I have analysed a Mycobacterium marinum mgtC mutant in zebrafish embryo and macrophage infection models. This approach allowed us to uncover a new role of MgtC in phagocytosis, which is increased with mgtC mutant. In P. aeruginosa, we have shown that a mgtC mutant is attenuated in zebrafish embryos. In ex vivo experiments, mgtC mutant is more sensitive to macrophage killing. In parallel, I have shown that M. marinum and P. aeruginosa mgtC genes are regulated by magnesium. In addition, expression of P. aeruginosa mgtC is highly induced in macrophages.Finally, regarding MgtR antagonistic properties, Mycobacterium bovis BCG or P. aeruginosa strains expressing mgtR appear to mimic the behaviour of mgtC mutants, suggesting promising anti-virulence properties for MgtR and supporting the choice of MgtC as a suitable target of an anti-virulence strategy.

L’émergence et l’augmentation continue de la résistance aux médicaments chez Mycobacterium tuberculosis (MTB) constituent un défi majeur pour la lutte antituberculeuse. Pour résoudre le problème de temps (2 à 8 semaines) posé par les tests classiques de sensibilité aux médicaments (DST), des tests moléculaires ont été développés pour la détection précoce des mutations associées à la résistance. Jusqu'à présent, à l'exception du séquençage complet (incompatible avec un diagnostic de routine dans les pays en développement), aucun test ne détecte simultanément les différents types de résistance majeurs en une seule réaction. Sur la base de la littérature et de travaux antérieurs menés au Vietnam, au Laos et au Cambodge, une puce à ADN capable de détecter 184 mutations liées à la résistance aux médicaments de première et de deuxième lignes a été mise au point. En comparaison avec les données de DST, la puce a montré une sensibilité (84,3%-100%) et une spécificité élevées (89,2%-100%). Par rapport au séquençage, la puce a donné des résultats comparables, avec une sensibilité entre 90% et 100% et une spécificité entre 98,2% et 100%. Elle offre, de plus, une meilleure couverture que les tests moléculaires approuvés par l'OMS, car elle permet la détection des résistances aux médicaments de première et de deuxième lignes dans un seul test. Le temps de traitement des isolats issus de la culture est d’environ 6 à 7 heures, ce qui réduit considérablement le temps de diagnostic par rapport au DST. En conclusion, la puce à ADN a été développée avec succès. Certains aspects techniques doivent maintenant être améliorés pour en faire un outil de diagnostic abordable et facile à utiliser. / The emergence and continuous increase of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis (MTB) is a major challenge for tuberculosis (TB) control. To overcome the time-consuming problem of conventional drug susceptibility testing (DST), many molecular-based tests have been recently developed for early detection of drug resistance-associated mutations. Up to now, except whole genome sequencing (not ready for routine diagnostic in low and middle-income countries), no test has the capacity to simultaneously detect the different types of drug resistance to first- and second-line drugs in one reaction. Based on the literature and previous works carried out in Vietnam, Laos and Cambodia, in this study, a DNA chip was developed able to detect 184 main mutations conferring resistance to both first- and second-line drugs. Compared to DST, the DNA chip showed high sensitivity (between 84.3% and 100%) and high specificity (between 89.2% and 100%). Compared to sequencing, the DNA chip showed comparable accuracy, with sensitivity between 90% and 100% and specificity between 98.2% and 100%. The DNA chip showed a better coverage than the WHO endorsed molecular tests since it enables the detection of both first- and second-line drug resistances in one test. The turn-around time is about 6-7h from cultured isolates reducing considerably the diagnostic time compared to cultured-based DST. Finally, the DNA chip has been successfully developed, even if certain technical aspects need to be improved to make an affordable and easy-to-use diagnostic tool.

La candidate a transmis un dossier présentant les grandes étapes de sa carrière incluant ses principales réalisations scientifiques, collaborations et activités de formation d'étudiants à divers niveaux universitaires dont les études doctorales. Ce dossier présente également les perspectives de recherche de F. LUCAS pour les prochaines années dont la description d'activités de recherche menées en partenariat avec diverses équipes de recherche via le projet ANR PULSE, et, de plus, des partenaires industrielles dans les contextes du PIREN-Seine et de la structure fédérative de l'Observatoire des Polluants Urbains (OPUR). Ces grands programmes et partenariats représentent un socle solide permettant d'entreprendre des travaux interdisciplinaires sur des questionnements majeurs en écologie microbienne dont la prédiction de l'évolution des communautés bactériennes en fonction des contraintes du milieu. Les travaux de F. LUCAS vont de l'acquisition de données fondamentales en écologie microbienne (diversité des peuplements) aux problématiques plus finalisées d'évaluation des dangers sanitaires microbiens associés à certaines pratiques de gestion des eaux en milieu urbain.

Le risque de contamination des réseaux par les légionelles est aujourd'hui bien connu. Ces bactéries sont naturellement résistantes à un certain nombre de stress, elles peuvent survivre de façon prolongée dans les biofilms et proliférer de façon très importante via une croissance intracellulaire dans les amibes. Les amibes peuvent elles-mêmes présenter une résistance élevée aux traitements de décontamination usuels et offrent donc une protection supplémentaire aux légionelles. Si l'association amibes-légionelles dans les réseaux a été largement étudiée, il n'en est pas de même pour un certain nombre d'autres associations existant entre les amibes et des micro-organismes pathogènes avérés ou pathogènes émergents. Parmi les agents pathogènes émergents associés aux amibes, de nouvelles espèces bactériennes apparentées aux Chlamydia pourraient être responsables de pneumonies et d'avortements à répétition chez l'Homme et l'animal. Ces nouvelles espèces de Chlamydia présentent de nombreuses particularités, dont une survie à l'état libre dans l'environnement beaucoup plus importante que celles des Chlamydia " classiques " et une résistance importante aux températures élevées. De nouveaux virus " géants " associés aux amibes ont aussi été récemment décrits. Ils présentent de nombreuses particularités biologiques par rapport aux virus plus classiques et, bien que les preuves formelles de leur pathogénicité restent à apporter, certains de ces virus pourraient être responsables de pneumonies. Enfin, l'association amibes libres - mycobactéries soulève des questions importantes. Des travaux récents démontrent que des mycobactéries atypiques résistantes à certains traitements de décontamination (glutaraldéhyde notamment) sont aussi plus résistantes à certains traitements antibiotiques et plus à même de survivre dans les amibes. Par ailleurs la plupart des espèces de mycobactéries présentent la capacité de survivre dans les kystes amibiens, eux-mêmes très résistants à la plupart des traitements de décontamination. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur l'étude de l'écologie des amibes libres de l'environnement ainsi que sur l'étude de leur résistance à différents types de traitements biocides. Le rôle des amibes en tant que lieu d'échange de matériel génétique entre micro-organismes est abordé, ainsi que l'interaction des amibes avec les légionelles, les espèces apparentées aux Chlamydia, les virus d'amibes et les mycobactéries.