Heterogeneous carbapenem resistance among carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae

par Adriana Chiarelli

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Philippe Glaser et de Rémy Bonnin.

Le président du jury était Jean-Emmanuel Hugonnet.

Le jury était composé de Christophe Beloin.

Les rapporteurs étaient Jan Michiels, Katy Jeannot.

  • Titre traduit

    Résistance hétérogène aux carbapénèmes chez Klebsiella pneumonie productrice de carbapénèmases


  • Résumé

    Les K. pneumoniae productrices de carbapénémase (CPKp) sont une menace mondiale, avec des taux de mortalité élevés. Les souches cliniques de CPKp présentent une résistance (R) et une hétérorésistance (HR) variables aux carbapénèmes, notamment à l'imipénème. L’HR est visualisée par les colonies à l'intérieur du halo d'inhibition de l’antibiotique. Malgré son importance clinique, les mécanismes de l’HR chez les CPKp sont inconnus. Mon projet de doctorat visait à élucider les bases de l’HR parmi les isolats cliniques de CPKp. La R et l’HR aux carbapénèmes ont été définies pour 82 isolats. Certains isolats présentaient des colonies d’aspect hétérogène résultant de la perte de la capsule par mutation dans l'opéron capsulaire avec un impact sur la formation de biofilms, l'auto-agrégation et la sensibilité aux carbapénèmes. Un lien convaincant avec l’HR n'a pas pu être établi. J'ai montré que l’HR à l'imipénème prévaut chez les K. pneumoniae produisant la carbapénémase KPC (KPC-Kp). Le système ScanLag m’a permis de mettre en évidence, une hétérogénéité de survie des colonies à de fortes concentrations d'imipénème. Le séquençage du génome et le phénotypage des colonies ont révélé la complexité de l’HR de KPC-Kp, qui résulterait d'au moins trois phénomènes : la tolérance, pour les colonies émergeantes précocement, la persistance, pour les colonies apparaissant tardivement et la résistance due à des mutations. La diversité des mutations identifiées dans différents processus biologiques ouvre la voie à de futures recherches sur leur contribution à l'évolution de la résistance et à la survie chez l'hôte et élargissent nos connaissances sur le résistome intrinsèque de K. pneumoniae.


  • Résumé

    Carbapenemase-producing K. pneumoniae (CPKp) represent a global threat, with significant mortality rates. CPKp show variable resistance (R) to carbapenems and heteroresistance (HR), particularly to imipenem. HR is visualized by the colonies within the inhibition halo of the drug. Despite its clinical importance, mechanisms of HR in CPKp are unknown. My PhD project aimed at elucidating the bases of HR among CPKp clinical isolates. Carbapenem R and HR were first defined for a collection of 82 CPKp isolates. Some isolates exhibited a heterogeneous colony aspect resulted from the loss of capsule due to diverse mutations in the capsule operon. Capsule loss had an impact on biofilm formation, autoaggregation and carbapenem susceptibility. Yet, a convincing link with HR could not be established. I showed that imipenem HR prevails across K. pneumoniae producing the KPC carbapenemase (KPC-Kp) and it is associated with heterogeneous survival to high concentrations of imipenem at single colony level, as assessed by using the ScanLag setup. Whole genome sequencing and phenotyping of surviving colonies revealed the complexity of HR in KPC-Kp, which arises from at least three different phenomena: tolerance, corresponding to the colonies emerging early, persistence, corresponding to the late appearing colonies and resistance due to mutations. The diversity of mutations identified in different biological processes paves the way for future research on their contribution to resistance evolution and survival within the host, and expand our knowledge of K. pneumoniae intrinsic resistome.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 28-06-2023

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