Développement et validation de tests de détection rapide de la résistance aux antibiotiques

Development and validation of rapid detection tests for antibiotic resistance

• Auteur / Autrice : Hervé Boutal
• Direction : Hervé Volland
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie structurale
• Date : Soutenance le 27/11/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude du Métabolisme des Médicaments (LEMM) (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Maillère
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Volland, Bernard Maillère, Patrick Plésiat, Richard Bonnet, Jean-Yves Madec, Clara Ballesté-Delpierre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Plésiat, Richard Bonnet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance aux antibiotiques

Entérobactéries

β-lactamases

Mots clés libres

Béta lactamases

Bandelettes

Enterobactéries

Beta lactamases

Lateral flow immunoassay

Enterobacteriae

Résumé

Les béta-lactamines sont les antibiotiques préférentiellement utilisés contre les bactéries Gram négatif responsables d’infections. La dissémination mondiale d’organismes produisant des béta-lactamases à spectre élargi (BLSE) ou des carbapénémases est une préoccupation générale ainsi qu’une menace économique.Parmi ces organismes, les Entérobactéries jouent un rôle important dans les infections nosocomiales (ainsi que les infections communautaires pour E. coli). L’émergence et la dissémination d’Entérobactéries productrices de BLSE (E-BLSE), exprimant principalement des béta-lactamases de la famille des CTX-Ms, et dans une mesure plus inquiétante de carbapénémases (EPC), principalement les enzymes NDM, KPC, IMP, VIM et OXA-48, sont sans le moindre doute un problème de santé publique majeur.Les CTX-Ms hydrolysent les céphalosporines à large spectre et sont les BLSEs principalement rencontrées chez les Entérobactéries lors d’infections urinaires communautaires, mais aussi les bactériémies à E. coli qui peuvent en découler. Ces infections sévères sont traitées avec des carbapénèmes, considérés comme les antibiotiques de dernier recours. Malheureusement, leur utilisation croissante à soumis les entérobactéries à une pression de sélection conduisant à de plus en plus de souches montrant une sensibilité réduite aux carbapénèmes pouvant aboutir à un échec thérapeutique.Si l’on considère les possibilités de traitement limitées pour les E-BLSEs, que les EPCs sont souvent résistantes à plusieurs si ce n’est toutes les classes d’antibiotiques, et que pour certaines peu ou pas de traitements antibiotiques sont disponibles, leur rapide détection et identification sont essentielles. Des tests fiables sont nécessaires pour aider les cliniciens à, rapidement mettre en place des mesures de contrôle de ces infections, adapter les traitements antibiotiques et optimiser les stratégies de soins et leur issue favorable.Lors de la détection des E-BLSEs et des EPCs, il est aussi crucial d’identifier la béta-lactamase impliquée pour la mise en place d’une thérapie adaptée. Les méthodes basées sur la spécificité des anticorps sont sans aucun doute parmi les plus appropriées pour atteindre cet objectif.Pour répondre aux besoins actuels, les méthodes de détection des résistances ont antibiotiques doivent être peu coûteuses (coûts réduits des consommables et des équipements) et facile à mettre en place (technicité faible) pour l’utilisateur. C’est pourquoi nous avons décidé de développer des tests immunochromatographiques qui répondent parfaitement à ce cahier des charges. Pour atteindre cet objectif, nous avons produit des anticorps monoclonaux dirigés contre les CTX-Ms, et les familles de carbapénémases NDM, KPC, et OXA-48. Les tests immuno-chromatographiques correspondants ont été développés et validés. Nos tests sont robustes, facilement transférables dans une version commerciale et stables pour 24 mois sans réfrigération. Ils sont conviviaux, performants en termes de spécificité et sensibilité, et peu couteux, de 7€ (pour un mono-test) à moins de 15€ (pour un multiplex). De plus les résultats sont obtenus dans un court délai sans la nécessité d’un équipement particulier pour la lecture. Nous avons validé un mono-test pour la détection des CTX-Ms du groupe 1, et évalué la détection des groupes 1, 2, 8 et 9 directement dans des échantillons cliniques comme les hémocultures ou l’urine. Des mono-tests pour la détection des NDMs, KPCs et des OXA-48 et un multiplex pour la détection simultanée des cinq principales carbapénémases ont également été validés. Pour ce faire, nous avons utilisés 180 souches isolées sur boites, provenant du Centre National de Référence pour la résistance aux carbapénémases chez les Entérobactéries, dont le contenu en béta-lactamase est caractérisé.

Beta-lactams are antibiotics preferentially used against gram-negative bacilli infections. The worldwide spread of extended spectrum beta-lactamases (ESBL) or carbapenemase-producing organisms is a global concern and also an economic threat.Within those organisms, Enterobacteriaceae have a major role as causes of nosocomial infections (and, for E. coli, also of community-acquired infections). The emergence and dissemination of ESBL-producing Enterobacteriaceae (ESBL-E), mainly expressing beta-lactamases from the CTX-M family, and in a worrier aspect of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae (CPE), mainly NDM, KPC, IMP, VIM and OXA-48 like enzymes, are undoubtedly a matter of great public health concern.CTX-Ms hydrolyze broad-spectrum cephalosporins and are the most encountered BLSE in Enterobacteriaceae, and CTX-Ms producers have been reported as the most prevalent ESBL producers in community-onset urinary tract infections (UTIs). Moreover, CTX-M-producing E.coli are a major cause of bloodstream infections that are often secondary to UTIs. These severe infections are treated with carbapenems, considered as last resort antibiotics. Unfortunately, their increasing use put a selective pressure on Enterobacteriaceae, leading to more and more strains showing decreased susceptibility to carbapenems and potentially leading to therapeutic failure.Considering the limited treatment options for ESBL-E and that CPE are often resistant to several if not all classes of antibiotics, and for which very few (or no) antibiotic options remain available, their rapid detection and identification are essential. Reliable tests are needed to help physicians, to quickly provide appropriate infection control measures, to adapt rapidly antibiotic treatment and optimize care strategies and outcomes.While detecting ESBL-Es or EPCs, it is also crucial to identify the implicated beta-lactamase for accurate therapy implementation. To do so, the antibody-specificity based methods are undoubtedly appropriate. To respond to the current needs, antimicrobial drug resistance detection methods must be cheap (reduced costs of consumables and equipment) and easy to use (reduced technical complexity) for the end user, and LFIAs respond to this requirements. Our objective was to develop such tests, and this led us to produce monoclonal antibodies against CTX-Ms, NDM, KPC, IMP, VIM and OXA-48 carbapenemase families and to develop and validate the corresponding LFIAs. Our tests are robust assays, easily transferable in a commercialized version, stable for more than 24 months without refrigeration, user-friendly (no requirement of trained staff), high performance (sensitive and specific), low cost, from 7€ (monotest) to less than 15€ (multiplex). Moreover, the detection results are obtained in short delay without the need for highly technical equipment for the readout.Here, we validated a LFIA for the detection of CTX-Ms (from group 1) and to a wider extent evaluated the direct detection of CTX-Ms from groups 1, 2, 8 and 9 in clinical samples such as blood culture and urine. Mono-tests to detect NDMs and OXA-48-like, and a multiplex for the simultaneous detection of the five main carbapenemases were also validated. These validations were conducted using 180 well characterized isolates in terms of their -lactamase content from the French National Reference Centre for carbapenem-resistant Enterobacteriaceae.