Caractérisation de l’effet antifongique du composé d’origine végétale CIN-102 sur les champignons filamenteux septés et plus particulièrement Fusarium solani

Characterization of the antifungal effect of plant-based compound CIN-102 on septal filamentous fungi and more particularly Fusarium solani

• Auteur / Autrice : Maurine D'Agostino
• Direction : Marie Machouart, Anne Debourgogne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Stress, immunité, pathogènes (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Desoubeaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Machouart, Anne Debourgogne, Estelle Cateau, Christophe Hennequin, Jean-Pol Frippiat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Estelle Cateau, Christophe Hennequin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champignons pathogènes

Antifongiques

Mycologie médicale

Mots clés libres

Champignon filamenteux

Huile essentielle

Cinnamaldéhyde

Filamentous fungi

Essential oil

Antifungal effect

Résumé

Aujourd'hui l'augmentation des infections fongiques invasives due à l'essor des thérapies immunosuppressives est un réel problème, notamment dans les hôpitaux. De plus, l'émergence de souches résistantes induit un échec thérapeutique. Face à ces enjeux, de nouvelles classes d'antifongiques sont attendues. Le règne végétal représente donc un immense potentiel de ressources naturelles à exploiter à ces fins. La société SEPTEOS a récemment développé le composé CIN-102, en utilisant du cinnamaldéhyde et des composés potentialisateurs issus de deux huiles essentielles synergiques de cannelle. Le cinnamaldéhyde a déjà été décrit pour inhiber la croissance des bactéries, des levures et des moisissures en phase de croissance et phase stationnaire (non publié). L'objectif de cette étude est de déterminer le spectre d'activité de CIN-102 sur les principaux genres ou espèces de champignons filamenteux impliqués dans la pathologie humaine.L'activité du produit CIN-102 et de son constituant principal (cinnamaldéhyde) est testée contre un panel représentatif de souches de champignons filamenteux (Aspergillus (n=40), Fusarium (n=20) et Scedosporium n=20)) d’importance clinique. Des souches cliniques et de référence ont été étudiées, comprenant des isolats caractérisés par des modèles de résistance innée ou acquise aux antifongiques. Dans une première partie sur l'activité antifongique du CIN-102, nous avons déterminé la concentration minimale inhibitrice du produit pour les différentes souches de l'étude avec la méthode CLSI M38-A2. La distribution unimodale des valeurs montre l'absence de phénotype de résistance vis-à-vis de notre produit. Nous avons également démontré l'effet fongicide du CIN-102 via un time kill assay, ainsi que son effet inhibiteur sur la germination des spores et sur la croissance fongique et un effet post-antifongique similaire à celui de l'amphotéricine B (traitement de première ligne d'IFI). Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'effet du CIN-102 dans des situations de résistance. Nous avons démontré l'absence de résistance induite de notre produit sur plusieurs générations, contrairement au voriconazole (traitement de première intention des IFI), ainsi qu'un effet inhibiteur du biofilm, facteur de virulence important. La troisième partie consiste à établir un mécanisme d'action de notre produit. Nous avons déjà pu démontrer son impact sur la membrane plasmique et sur la production de ROS complétées par une étude en cytométrie de flux et des gènes impliqués dans la réaction à CIN-102 ont été mis en évidence dans une étude transcriptomique.En conclusion, les effets inhibiteurs de notre produit sur les champignons filamenteux, et le manque de résistance à leur encontre en font un candidat intéressant comme nouvel antifongique. Des études complémentaires incluant une étude in vivo seront menées afin de valider le potentiel du CIN-102 à offrir de nouvelles possibilités de traitement contre ces pathologies très résistantes aux antifongiques actuels et où la mortalité est trop élevée.

Today the increase of invasive fungal infections due to the rise of immunosuppressive therapies is a real problem especially in hospitals. Moreover, the emergence of resistant strains induces a therapeutic failure. Face to this issues, new classes of antifungals are expected. The plant kingdom thus represents an immense potential of natural resources to exploit for these purposes. The SEPTEOS company has recently developed the CIN-102 compound, by using cinnamaldehyde and potentiating compounds from two synergic essential oils of cinnamon. Cinnamaldehyde has already been describe to kill bacteria, yeast and molds growth in both growing and non-growing state (not published). The objective of this study is to determine the spectrum of activity of CIN-102 on the main genus or species of filamentous fungi involved in human pathology.The activity of CIN-102 product and its main constituent (cinnamaldehyde) are tested against a representative panel of strains of filamentous fungi (Aspergillus (n=40), Fusarium (n=20) and Scedosporium n=20)) of clinical importance. Clinical and reference strains have been studied, comprising isolates characterized by innate or acquired antifungal resistance patterns. A determination of MICs (minimum inhibitory concentrations) was performed using the M38-A2 CLSI reference method. The observed antifungal effect was then characterized by determining an inoculum effect. In a first part on the antifungal activity of CIN-102, we determined the minimum inhibitory concentration of the product for the different strains of the study with the CLSI method. The unimodal distribution of values shows the absence of resistance phenotype against our product. We also demonstrated the fungicidal effect of CIN-102 via a time kill assay, as well as its inhibitory effect on spore germination and on fungal growth and a post-antifungal effect similar to that of amphotericin B (treatment of first line of IFIs). Secondly, we studied the effect of CIN-102 in situations of resistance. We have demonstrated the lack of induced resistance of our product over several generations, unlike voriconazole (another first-line treatment for IFIs), as well as an inhibitory effect of the biofilm, an important virulence factor. The third part was to establish a mechanism of action of our product. We have already been able to demonstrate its impact on the plasma membrane and on the production of ROS, supplemented by a study in flow cytometry and genes involved in the reaction to CIN-102 have been demonstrated in a transcriptomic study.In conclusion, the inhibitory effects of our product on filamentous fungi, and the lack of resistance against it makes it an interesting candidate as a new antifungal. Further study including an in vivo study will be carried out in order to validate the potential of CIN-102 to offer new treatment possibilities against these pathologies very resistant to current antifungals and where mortality is too high.