Soutenance de thèse de Jordi ZAMARRENO

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Microbiologie
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Antibiotiques,résistance,Escherichia coli,,
Keywords
antibiotics,resistance,Escherichia coli,,
Titre de thèse
Etude des mécanismes moléculaires permettant à E. coli de résister aux antibiotiques
Study of molecular mechanisms allowing E. coli to resist against antibiotics
Date
Vendredi 14 Décembre 2018 à 9:00
Adresse
Laboratoire de Chimie Bactérienne 31 Chemin Joseph Aiguier 13402 Marseille cedex 20
Pierre Desnuelle
Jury
Directeur de these M. Frédéric BARRAS Institut Pasteur
Examinateur Mme Zeynep BAHAROGLU Institut Pasteur
Rapporteur Mme Sofia PAULETA Universidade Nova de Lisboa
Rapporteur Mme Irina GUTSCHE Institut de Biologie Structurale
Examinateur M. Athanasios TYPAS European Molecular Biology Laboratory
Examinateur Mme Chantal TARDIF Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these Mme Béatrice PY CNRS

Résumé de la thèse

La résistance aux antibiotiques est devenu un problème de santé publique majeure. Comprendre les mécanismes moléculaires menant à la résistance aux antibiotiques ou à la sensibilisation est un intérêt majeur pour trouver de nouvelles manières pour combattre les bactéries multirésistantes. La modulation de la concentration intracellulaire d'antibiotique est un des processus les plus fréquemment liés à la résistance aux antibiotiques. Au cours de ma thèse, je me suis focalisé su l'étude de trois méchanismes différents modulant les concentrations intracellulaires d'antibiotiques chez E. coli. Tout d'abord, j'ai montré que RavA, une ATPase AAA+, et son partenaire possédant un domaine VWA, ViaA, sensibilisent E. coli aux aminoglycosides en augmentant les concentrations d'antibiotique intracellulaires. Le mécanisme moléculaire exact de cette augmentation doit être approfondi. Cependant, j'ai montré que ni les machineries de biogénèse des centres Fe-S (ISC et SUF), ni les complexes respiratoires contenant des centres Fe-S ne sont requis, en analysant l'effet des protéines RavA et ViaA dans la sensibilité aux aminoglycosides des souches mutantes des composants de la biogénèse des Fe-S. Ensuite, j'ai apporté un nouvel exemple montrant que la résistance aux antibiotiques est modulée en fonction de la machinerie de biogénèse des centres Fe-S utilisée chez E. coli. En effet, en déterminant la CMI par des expériences à la façon "sketchboard", j'ai montré qu'en présence d'un composant générant un stress redox, la phenazine métosulfate, la machinerie SUF était importante chez E. coli pour résister à la norfloxacine, un antibiotique de la famille des quinolones. En outre, contrairement à la machinerie ISC, la machinerie SUF est capable de maturer SoxR, le régulateur transcriptionnel qui sent les composants générant un stress redox et déclenche le mécanisme qui réduit le niveau intracellulaire de phenazine méthosulfate et de norfloxacine. Enfin, dans une étude en collaboration qui analysait les effets de presque 3000 combinaisons d'antibiotiques, je me suis focalisé sur les drogues ayant une interaction antagoniste avec les aminoglycosides. Les combinaisons antagonistes ainsi identifiées étaient hautement conservées dans six souches de trois pathogènes Gram-négatifs, E. coli, Salmonella enterica serovar Typhimurium et Pseudomonas aeruginosa. En réalisant des tests d'import de gentamicine avec 8 combinaisons différentes, j'ai observé une diminution de la concentration intracellulaire de gentamicine dans 7 des 8 combinaisons antagonistes testées.

Thesis resume

Antimicrobial resistance is becoming an issue of major public health concern. Understanding the molecular mechanisms leading to antibiotic resistance or sensitization is of major interest to find out new manners to fight superbugs. Modulation of intracellular concentration of antibiotics is one of the most frequent processes leading to antibiotics resistance. My thesis focused on studying three different mechanisms that modulate intracellular antibiotic concentration in E. coli. First, I showed that RavA, an AAA+ ATPase, and its VWA-containing partner, ViaA, sensitize Escherichia coli to aminoglycosides by increasing the intracellular concentrations of the drug. In physiological conditions, the RavA-ViaA aminoglycosides sensitization occurred in anaerobic conditions. To understand the molecular mechanism of such effect I developed genetic approach. I showed that in contrast to the what was previously thought, RavA and ViaA acted neither with Fe-S cluster biogenesis machineries (ISC and SUF) nor with Fe-S containing respiratory complexes. Alternative model will be discussed. Second, I have provided a novel example that depending on the Fe-S biogenesis machineries used by E. coli, the sensitivity to antibiotics was affected. Hence, by performing MIC assays, I showed that in the presence of the redox-cycling drug, phenazine methosulfate, the SUF machinery was important for E. coli to resist to norfloxacin, an antibiotic of the quinolones family. Indeed, in contrast to the ISC machinery, the SUF machinery was able to maturate SoxR, the transcriptional regulator that senses redox-cycling drugs and triggers mechanisms reducing intracellular level of both redox-cycling drugs and norfloxacin. Last, in a collaborative work that analysed the effect of almost 3,000 dose-resolved combinations of antibiotics, I focused on drugs antagonizing aminoglycosides. The antagonistic drug combinations identified were highly conserved in six strains from three Gram-negative pathogens, E. coli, Salmonella enterica serovar Typhimurium and Pseudomonas aeruginosa. By performing aminoglycosides uptake assays with 8 different drug-gentamicin combinations, I showed that for 7 out of the 8 antagonistic combinations tested, a decreased in the intracellular concentration of aminoglycosides occurred.