Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La diffusion des bactéries multirésistantes aux antibiotiques associée à une diminution du nombre de nouveaux antibiotiques représente un véritable enjeu de santé publique. De nos jours, un vieil antibiotique, la colistine, connait un récent regain d’intérêt, constituant parfois la seule alternative thérapeutique. La colistine est, alors, qualifiée d’antibiotique de « dernier recours ». Cependant, il a été constaté l’apparition de souches résistantes à la colistine. L’objectif principal de ce travail de thèse a été d’étudier le(s) mécanisme(s) de résistance à la colistine chez K. pneumoniae. Afin de mener à bien notre projet, nous nous sommes intéressés à deux aspects de la problématique. Dans un premier temps, nous avons cherché à mieux comprendre ce mécanisme, en associant une étude génotypique à une étude phénotypique. Et dans un second temps, nous avons cherché des alternatives thérapeutiques, en évaluant différentes associations antibiotiques / The global spread of multidrug-resistant Gram-negative bacteria associated with a decrease in the number of new antibiotic therapies is a major public health issue. Colistin is often referred to as the "last-resort" antibiotic, used as the only therapeutic alternative for MDR Gram-negative bacteria infection, which explains the current renewal of interest in this antimicrobial agent. However, the appearance of colistin-resistant bacterial strains has been already observed. The main objective of this PhD work was to study the colistin resistance mechanism (s) in K. pneumoniae by looking at two aspects of the problem. Firstly, we sought to better understand this mechanism, associating a genotypic study with a phenotypic study. Next, we looked for therapeutic alternatives, by evaluating different antibiotic combinations

Les écosystèmes aquatiques soumis à des pressions anthropiques sont des lieux d'évolution rapide des communautés microbiennes. Cet environnement participe certainement à l'émergence d'agents infectieux résistants aux antibiotiques. La ville de Montpellier est située dans un petit bassin versant qui subit d’une part des épisodes de pluies brutales et d’autre part de fortes pressions démographiques. Le principal hôpital est situé dans une zone de ruissellement comprenant deux petites rivières urbaines provenant d'eaux souterraines karstiques à quelques kilomètres en amont. L’objectif de cette étude est d'explorer les communautés bactériennes dans les rivières urbaines qui coulent près du centre hospitalier afin d'évaluer l'influence des ruissellements sur la résistance aux antibiotiques dans les communautés bactériennes. Les communautés bactériennes sont également décrites dans les aquifères karstiques en amont. Une section introductive présente les méthodes disponibles pour l'étude de la résistance aux antimicrobiens dans l'environnement et une revue de la littérature expose les données actuelles sur la résistance aux antibiotiques dans l’eau de ruissellement urbain. Cette partie justifie les stratégies expérimentales. La méthode développée ici, appelée détermination de la concentration inhibitrice à l’échelle de la communauté bactérienne (c-IC, pour community inhibitory concentration), est combinée à une description de la richesse taxonomique pour donner une description instantanée des communautés bactériennes résistantes dans les environnements aquatiques. Une stratégie dérivée de l'approche c-IC permet d'explorer la résistance bactérienne dans le système hydrologique urbain près de l'hôpital et dans les aquifères karstiques. Les données microbiologiques recueillies sont complétées par des données hydrologiques, hydrogéologiques, climatiques et physico-chimiques.L'impact de très faibles concentrations d'antibiotiques sur la structure de la communauté bactérienne dans divers environnements hydriques a été démontré et apparaît comme un indicateur de la vulnérabilité des écosystèmes face aux pressions antimicrobiennes. Le répertoire taxonomique des communautés fluviales urbaines a été décrit et sa dynamique a été confrontée aux conditions environnementales. Le voisinage des hôpitaux augmente significativement la prévalence des bactéries résistantes par rapport à une zone urbaine similaire éloignée de l'hôpital. Des bactéries d’intérêt médical résistantes aux céphalosporines et aux carbapénèmes ont été isolées. De façon surprenante, un Escherichia coli producteur de NDM-5, pathogène émergeant hautement résistant, a été signalé pour la première fois dans une rivière française. Le clone a été détecté dans deux échantillons indépendants montrant sa persistance. Le gène blaNDM-5 et son environnement génétique ont été décrits sur un plasmide IncX3 transférable, indiquant un transfert génétique horizontal possible. La résistance aux antimicrobiens dans l'eau souterraine karstique a varié dans le temps et dans l'espace et est difficilement comparable à celle décrite dans les rivières associées. En milieu urbain, la qualité de l'eau et le risque infectieux sont généralement évalués sur les eaux usées et les effluents des stations d'épuration. Cette étude montre que les eaux de ruissellement dans des zones urbanisées contribuent à l'émergence et à la dissémination de la résistance aux antimicrobiens. Compte tenu de l'épidémiologie inquiétante des maladies infectieuses, cette étude invite à explorer les potentiels réservoirs environnementaux de bactéries résistantes afin de compléter les connaissances sur le cycle épidémiologique de la résistance aux antimicrobiens et essayer de l’interrompre ou de le ralentir. / Aquatic ecosystems subjected to anthropic pressures are places of rapid evolution of microbial communities. They are likely hotspots for emergence of infectious disease agents resistant to antibiotics. The city of Montpellier is located in a small watershed that undergoes brutal rainfall episodes and strong demographic pressures. A hospital is located in a runoff area including two small urban rivers originating from karstic groundwater few kilometers upstream. The aim of the study is to explore bacterial communities in urban rivers flowing near hospital settings in order to evaluate the influence of runoffs on antibiotics resistance in the bacterial communities. Bacterial communities are also described in upstream karstic aquifers.An introductive section presents the methods available for studying antimicrobial resistance in environment and then reviews comprehensively bibliography on antibiotics resistance in urban runoffs. This part supports the experimental strategies. The method developed herein, called community Inhibitory Concentration (c-IC) determination is combined to taxonomic richness description to provide a tool that gives a rapid snapshot of resistant bacterial communities in aquatic environments. A strategy derived from c-IC approach allows the exploration of bacterial resistance in the urban hydrologic system near the hospital and in karstic aquifers. The collected microbiological data has been completed by hydrological, hydrogeological, climatic and physico-chemical data.The impact of very low concentration of antibiotics on the bacterial community structure in various water bodies was demonstrated and appeared as an indicator of the vulnerability of ecosystems to antimicrobial pressures. The taxonomic repertory of the urban river communities was described and its dynamics was compared to environmental conditions. Hospital vicinity significantly increase the prevalence of resistant bacteria compared to a similar urban area remote from hospital. Diverse clinically relevant cephalosporins and carbapenems resistant bacteria have been isolated. Surprisingly, a NDM-producing Escherichia coli, which is a highly resistant and emerging pathogen was reported for the first time in a French River. The clone was detected in two independent sampling showing its persistence. The blaNDM-5 gene and its surrounding sequences were described on a transferable IncX3 plasmid, indicating possible genetic transfer to other bacteria. The antimicrobial resistance in karst groundwater varied in time and space and was hardly compared with that described in related rivers.In urban settings, water quality and infectious risk is generally assessed on sewers and wastewater treatment plants effluents. This study shows that runoff waters in urbanized area contribute to the emergence and dissemination of antimicrobial resistance. Considering the worrisome epidemiology of infectious diseases, it urges to decipher all environmental reservoirs for resistant bacteria in order to complete knowledges about the epidemiological cycle of antimicrobial resistance and try to break or slow down it.

La survenue d’une infection péri prothétique (IPP) est la principale complication de la chirurgie prothétique articulaire, depuis son invention par Robert et Jean Judet en 1947. Comme le nombre de prothèses articulaires posées chaque année augmente de façon importante, ces infections sont de plus en plus fréquentes et l’optimisation de leur prise en charge est un enjeu important sur le plan médical et économique.Les modèles animaux d’IPP permettent de comprendre les mécanismes éthio-pathogéniques et tester de nouvelles thérapeutiques. Une analyse critique de la littérature a été effectuée en évaluant chaque modèle selon son type d’inoculation qui influence les taux et la sévérité de l’infection expérimentale obtenue.Un modèle expérimental d’IPP chez le lapin obtenu par remplacement partiel du genou et inoculation locale a été utilisé pour tester l’efficacité de nouvelles thérapeutiques au cours d’infections à deux bactéries multi résistantes qui posent des problèmes en thérapeutique humaine.Dans un 1er temps nous avons évalué l’efficacité de la ceftaroline (CPT) céphalosporine bactéricide in vivo contre le Staphylococcus aureus résistant à la méticilline (SARM) en la comparant à la vancomycine en association ou non à la rifampicine. 5.107UFC (Unités Formant Colonies) de SARM (Concentration Minimale Inhibitrice (CMI) de 0,38, 0,006, et 1 mg/l pour CPT, RIF, et VAN, respectivement) était injecté dans le genou. Les animaux infectés ont été randomisés et recevaient : aucun traitement (contrôles), CPT (60 mg/kg im), VAN (60 mg/kg im), CPT plus RIF (10 mg/kg im), ou VAN plus RIF débutant 7 jours après l'inoculation et durant 7 jours. L’efficacité des traitements a été évaluée sur la quantité de bactéries persistantes dans l’os (tibia proximal) après traitement. Ce travail a montré que la CPT et la VAN étaient efficace en monothérapie mais que seule l’association avec la rifampicine permettait de stériliser la quasi totalité des animaux. La CPT apparaît donc comme un traitement potentiellement efficace dans cette infection.Dans un 2ème temps nous avons étudié l'efficacité de la colistine (COL) dans le ciment, seule ou en combinaison avec des injections intramusculaires (im) de COL et/ou de méropénème (MRP) dans des infections à Klebsiella pneumoniae résistantes aux carbapénèmes (KPC). Un modèle proche de celui décrit pour le SARM a été utilisé. La souche KPC99YC est une souche clinique, résistante à la gentamicine (CMI 8mg/l) intermédiaire à l'imipénème (CMI 4mg/l), et sensible à la COL (CMI 0,25mg/l). L’inoculum était de 1.109UFC. Sept jours après l'infection, les prothèses étaient remplacées par espaceur sans antibiotique (contrôle), ou par espaceur imprégné de COL (3 MUI de COL/40g de ciment), ou par espaceur sans antibiotique et injections de COL (12 mg/kg im), ou l’association des deux, ou injections de COL avec espaceur en ciment imprégné de COL associé ou non à des injections de MRP (80 mg/kg im). Le traitement durait 7 jours. Tous les lapins témoins étaient infectés à J15, avec une moyenne de densité bactérienne de 6,17 [5,69, 7,04] CFU/g d'os. Contrairement à la COL locale, la COL systémique seule ou combinée avec le MRP était plus efficace que le contrôle sur le nombre de bactéries dans l'os à la fin du traitement. L’association COL locale + systémique était significativement plus efficace que le groupe témoin sur le dénombrement bactérien. D’ailleurs, c'était le seul schéma efficace sur le nombre de lapins avec un os stérile et à la limite de significativité par rapport au traitement systémique seul. Une souche résistante à la COL a été détectée dans le traitement local seul mais pas avec l’association de COL locale et systémique.Les modes d’inoculation directs sont les plus efficaces pour reproduire une IPP aigue. Les études expérimentales permettent de tester des traitements innovants en particulier pour les infections à bactéries multi résistantes. / The occurrence of prosthetic joint infection (PJI) is the main complication of joint prosthetic surgery since its invention by Robert and Jean Judet in 1947. Since the number of articular prostheses placed each year increases significantly, these infections are more and more frequent and the optimization of their management is an important medical and economic stake.The animal models of PJI make it possible to understand the ethiopathogenic mechanisms and to test new therapeutics. A critical analysis of the literature was carried out by evaluating each model according to its type of inoculation which influences the rates and the severity of the experimental infection obtained.An experimental model of PJI in rabbits obtained by partial replacement of the knee and local inoculation was used to test the efficacy of new therapeutics during infections with two multi-resistant bacteria which pose problems in human therapeutics.In a first step we evaluated the efficacy of ceftaroline (CPT) cephalosporin bactericidal in vivo against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) by comparing it with vancomycin (VAN) in combination with or without rifampin (RIF). 5.107UFC MRSA (Minimum Inhibitory Concentration (MIC) of 0.38, 0.006, and 1 mg/l for CPT, RIF, and VAN, respectively) was injected into the knee. Infected animals were randomized to receive no treatment (control), CPT (60 mg/kg im), VAN (60 mg/kg im), CPT plus RIF (10 mg/kg im) or VAN plus RIF, 7 days after inoculation and for 7 days. The efficacy of treatments was evaluated on the amount of persistent bacteria in the bone (proximal tibia) after treatment. This work has shown that CPT and VAN were effective as monotherapy, but only the combination with RIF allowed the sterilization of almost all animals. CPT appears to be a potentially effective treatment in this infection.In a second step we studied the efficacy of colistin (COL) in cement, alone or in combination with intramuscular (im) injections of COL and/or meropenem (MRP) in carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae infections (KPC). A model close to that used for MRSA was used. The strain KPC99YC is a clinical strain, resistant to gentamicin (MIC 8mg/L) intermediate to imipenem (MIC 4mg/l), and sensitive to COL (MIC 0,25mg/l). The inoculum was 1,109UFC. Seven days after the infection, the prosthesis were replaced by antibiotic-free spacer (control), or by COL-impregnated spacer (3 MIU of COL/40g of cement), or by antibiotic-free spacer and COL injections (12 mg/kg im), or the combination of the two, or COL injections with COL-impregnated cement spacer associated or not with MRP injections (80 mg/kg im). The treatment lasted 7 days. All control rabbits were infected at D15, with median and interquartile range (IQR) bone bacterial count of 6.17 [5.69, 7.04] CFU/g of bones. In contrast to local COL, systemic COL alone or combined with MRP was more effective than control on bacterial counts in bone at the end of treatment. The combination of COL local + systemic was significantly more effective than control group on bacterial counts. Interestingly it was the only effective regimen on the number of rabbits with sterile bone and at the limit of significance vs systemic treatment alone. One COL-resistant strain was detected in the COL local treatment alone but not with the combination of local and systemic COL.Direct inoculation modes are most effective in reproducing an acute PJI. The experimental studies allow testing innovative treatments in particular for the infections with multi-resistant bacteria.

La résistance au PVY chez des lignées transgéniques exprimant un inhibiteur de protéase est due en partie à des changements physiologiques occasionnés par l'inhibiteur recombinant exprimé dans la plante. Après clonage et expression hétérologue des protéases de maturation du PVY, nous avons étudié les interactions entre ces protéases et différentes cystatines végétales, démontrant par des tests in vitro que les protéases du PVY ne sont pas sensibles à l'action des inhibiteurs testés. Nous avons ensuite inoculé le virus sur des lignées transgéniques de pomme de terre exprimant la cystatine II du maïs (CCII) et des lignées transgéniques exprimant un inhibiteur de type aspartate, l'inhibiteur de cathepsine D (CDI) de tomate. Ces deux lignées présentent des altérations aux niveaux de leur métabolisme et étaient résistantes au virus PVY. Ces résultats, suggèrent que les inhibiteurs de protéases CCII et CDI exprimés chez les Solanacées entraînent des changements physiologiques significatifs chez la plante hôte induisant indirectement une résistance partielle ou totale au PVY.