Soutenance de thèse de Stéphanie LE PAGE

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Pathologie Humaine - Spécialité Maladies infectieuses
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Automatisation,Antibiogrammes,Interprétation,,
Keywords
Automation,Antibiotic susceptibility testing,Interpretation,,
Titre de thèse
Automatisation de la lecture et de l'interprétation des antibiogrammes
automation of reading and interpretation of Antibiotic Susceptibility Testing
Date
Jeudi 6 Juillet 2017 à 16:00
Adresse
Faculté de Médecine- IHU Méditerranée Infection
salle 1
Jury
Directeur de these Jean-Marc ROLAIN URMITE, Aix-Marseille Université UM 63, CNRS 7278, IRD 198, Inserm 1095 IHU - Méditerranée Infection
Examinateur Pierre-Edouard FOURNIER URMITE, Aix-Marseille Université UM 63, CNRS 7278, IRD 198, Inserm 1095 IHU - Méditerranée Infection
Rapporteur Max MAURIN Laboratoire de Bactériologie-Hygiène Hospitalière Institut de Biologie et de Pathologie CHU de Grenoble
Rapporteur Alex VAN BELKUM bioMérieux
Examinateur Marie KEMPF Responsable Laboratoire de Bactériologie-Hygiène ATOMycA, Inserm Atip-Avenir, CRCNA, Inserm U892, 6299 CNRS Centre Hospitalier Universitaire d’Angers Institut de Biologie en Santé

Résumé de la thèse

Au cours des dernières années, l’automatisation en bactériologie clinique est devenue très importante du fait de l’augmentation constante du nombre d’échantillons mais nécessite tout de même des améliorations : c’est le cas notamment de l’automatisation de l’ensemencement mais surtout de la lecture et de l’interprétation des antibiogrammes. Devant la dissémination des bactéries multi-résistantes, il est nécessaire d’améliorer le temps de rendu des résultats afin de permettre une adaptation thérapeutique rapide et de limiter leurs propagations. Une revue a été rédigée dans cette optique afin de de présenter les nouveaux challenges et opportunités dans la surveillance et la détection des bactéries multi-résistantes. Premièrement nous avons testé de nouveaux outils technologiques innovants permettant la lecture plus précoce des antibiogrammes grâce à des scanners de haute résolution d’images et de réaliser l’ensemencement des antibiogrammes en automatique sur un automate déjà existant le PREVI® Isola (bioMérieux, Marcy l’Etoile, France). Le premier scanner Advencis Bio-System Incubator (Advencis, Mutzig, France) a permis de démontrer, grâce à la vidéo imaging en temps de réel, qu’il était possible de détecter la présence de carbapénémases ou de Béta-Lactamases à spectre étendu chez les bactéries à Gram-négatif dès 3.5 h d’incubation. Après cette preuve de concept, nous avons testé un autre scanner de haute résolution d’images le Scan® 1200 (Interscience, Saint Nom, France) pour essayer d’avoir une lecture globale des antibiogrammes après 6h et 8h d’incubation en comparaison avec le temps d’incubation de référence de 20-24h. Ce travail met en perspective la possibilité d’une lecture plus précoce des antibiogrammes avec un gain de temps considérable pour le clinicien. Dans un second temps, une analyse rétrospective de la résistance aux antibiotiques et des phénotypes observés sur l’hôpital la Timone à Marseille a été réalisé entre 2014 et 2016. Ce travail a pour but de créer une base de données de photos complètes ainsi qu’une collection de souches de ces phénotypes pour le développement d’un logiciel d’interprétation automatique des phénotypes basé sur la reconnaissance d’images pour lequel un brevet a été rédigé : le logiciel « ANTI-LOGIC ». Pour que le logiciel fonctionne, il nous a fallu créer une base de données de photos contenant les phénotypes les plus fréquents des 15 bactéries les plus fréquemment isolées à l’hôpital de la Timone. Le logiciel va ensuite être capable de reconnaître de façon automatique une nouvelle photo d’un antibiogramme qui lui est proposé à condition que son phénotype fasse partie de sa base de données d’apprentissage. Actuellement face à l’apparition de nouveaux mécanismes de résistance, il est nécessaire de trouver de nouvelles pistes thérapeutiques et de nouvelles stratégies de dépistage. Le but de notre troisième travail a été de participer au développement d’une PCR en temps réel permettant de détecter le gène mcr-1 chez les bactéries à Gram-négatif. Puis, nous avons travaillé sur des souches multi-résistantes, que ce soit des souches possédant des carbapénémases ou des souches résistante à la colistine, et nous avons testé un panel constitué de 29 à 32 antibiotiques. En testant d’avantages d’antibiotiques de seconde ligne, on a pu conclure que ces souches restent sensibles à au moins 3 classes d’antibiotiques différentes. Pour la détection des souches résistantes à la colistine, un milieu de culture sélectif a été mis au point. Il associe la détection de souches résistantes à la colistine et résistantes à la vancomycine. Enfin, devant l’apparition des souches résistantes à la colistine, nous avons essayé de trouver une alternative thérapeutique par l’étude de combinaisons d’anciens antibiotiques (colistine-sulfadiazine) pour le traitement et la décolonisation avant greffe fécale de patients infectés ou colonisés par des bactéries multi-résistantes.

Thesis resume

In the last few years, automation in clinical microbiology has become very important due to the constant increase of samples but they need to be improved particularly for the reading and the interpretation of Antibiotic Susceptibility Testing (AST). In view of the dissemination of multi-resistant bacteria, it is necessary to improve the rendering time of the results in order to allow rapid therapeutic adaptation and to limit their propagation. A review of the literature was performed to complete this work and to expose the new challenges and the new opportunities in the surveillance and the detection of multi-drug resistance bacteria. For that purpose, we conduct a thorough search to test new innovative technological tools for reading earlier AST with high-resolution image scanner and to carry out the automatic seeding of AST with the PREVI® Isola system (bioMérieux, Marcy l’Etoile, France). The first scanner, the Advencis Bio-System Incubator (Advencis, Mutzig, France) allows the possibility with real time video imaging, to detect the presence of carbapenemase or Extended Spectrum Beta-Lactame (ESBL) in Gram-negative bacteria after only 3.5 hours of incubation. After this proof of concept, we have tested another scanner the Scan® 1200 (Interscience, Saint Nom, France) to assess the capacity of the scanner to read the entire AST after 6 or 8 hours of incubation as compared to 20 to 24 hours of incubation the “gold standard”. This work puts into perspective the possibility of an earlier reading of AST with a considerable time saving for the clinician using innovative technologies of high resolution of images. In a second step, the retrospective analysis of antibiotic resistance and phenotypes observed at La Timone hospital in Marseille was carried out between 2014 and 2016. This work aims to create a database of complete photos as well as a collection of strains of these phenotypes for the development of a new software for the automatic interpretation of phenotypes based on image recognition protected by a patent: the "ANTI-LOGIC" software. The base of the software was the creation of a representative learning database of photos composed of the most frequent phenotypes of the top 15 of the most frequent bacteria isolated in la Timone hospital. The software was able to recognize and interpret the phenotype in automatic a new photo of AST provided that its phenotype is part of our learning database. With the apparition of new mechanisms of resistance, new strategies for the treatment and the screening are necessary. The aim of our third work was to participate on the development of a real-time PCR to detect the mcr-1 gene in Gram-negative bacteria. We then worked on multi-resistant strains with Gram-negative bacteria producing carbapenemase or colistin-resistant and we have tested a large panel of 29-32 antibiotics to see if we are in a therapeutic stalemate. It can be concluded that by testing more second-line antibiotics, these strains remain susceptible to at least 3 classes of different antibiotics. For the detection of colistin resistant strains, a selective culture medium has been developed. It combines the detection of colistin-resistant strains and vancomycin-resistant strains. In order to finish this part, with the appearance of colistin-resistant strains, we tried to find a therapeutic alternative by studying combinations of old antibiotics (colistin-sulfadiazine) for the treatment and decolonization before faecal transplantation of patients infected or colonized by multi-resistant bacteria.