Prévalence, dynamique de transmission et caractérisations phénotypiques et moléculaires des Entérobactéries productrices de β-lactamases à spectre élargi et de carbapénèmases au Tchad

Prevalence, dynamic transmission, and Phenotypic and Molecular Characterization of Extended-Spectrum ß-Lactamase- and Carbapenemase- Producing Enterobacteriaceae in Chad

• Auteur / Autrice : Ouchar Mahamat Oumar
• Direction : Sylvain Godreuil, Christian Carriere
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 24/09/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MIVEGEC - Maladies Infectieuses et Vecteurs : Ecologie, Génétique, Evolution et Contrôle
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Arlet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Godreuil, Marie Kempf, Christian CARRIèRE
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Arlet, Marie Kempf

Mots clés

Mots clés libres

Entérobactéries 

Résistance aux antibiotiques

Caractérisation

Dynamique de transmission

Diversité génétique

Tchad

Enterobacteriaceae

Antibiotic resistance

Characterization

Dynamic transmission

Genetic diversity

Chad

Résumé

L’émergence et la diffusion de la résistance aux antibiotiques chez les entérobactéries constituent un problème majeur en termes de santé humaine et animale à travers le monde. La production des β-lactamases est le mécanisme de résistance aux antibiotiques le plus fréquemment retrouvé chez les entérobactéries, inactivant les ß-lactamines, molécules antibiotiques phares en thérapeutique humaine. Les β-lactamases à spectre élargi (BLSE) et les carbapénèmases produites par les entérobactéries (BLSE-PE et CPE) sont à l’origine de véritables impasses thérapeutiques. Bien que la propagation de ces gènes de résistance commence à être bien documentée à travers le monde, les études portant sur la dynamique de transmission des entérobactéries productrices des β-lactamases au sein des populations humaines et animales en Afrique sub-saharienne restent insuffisantes. Au Tchad, la caractérisation génétique et la transmission des entérobactéries résistantes aux antibiotiques n’ont jamais été explorées à ce jour. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse était d’étudier la prévalence et la dynamique de transmission des BLSE-PE et CPE au sein et entre les compartiments humain, animal et environnemental au Tchad. Ce travail s’est appuyé sur des échantillons collectés entre janvier et mars 2017 dans la ville de N’Djaména (Tchad). Chez l’homme, l’échantillonnage a été réalisé sur des isolats cliniques et en portage digestif au niveau nosocomial et communautaire. Chez les animaux d’élevage (porcs et bovins), l’échantillonnage incluait des isolats de portage digestif dans 3 fermes et 3 abattoirs. Un dernier échantillonnage a été effectué dans l’environnement aquatique (égout des hôpitaux et abattoirs, canaux de drainage des eaux, et le fleuve Chari). Les souches bactériennes ont, tout d’abord, été identifiées par la technique MALDI-TOF et la sensibilité aux antibiotiques a été réalisée par la méthode de diffusion en milieu gélosé. Les gènes de résistance ont été détectés par PCR, puis caractérisés par séquençage. Les isolats d’Escherichia coli ont été typés par MLST et VNTR. Une très forte prévalence des BLSE-PE a été obtenue, avec 48% et 44% respectivement dans les processus infectieux et le portage fécal humain. La BLSE de type CTX-M-15 était prédominante (97 %). Des gènes de résistance aux aminosides aux quinolones et les β-lactamases plasmidiques ont été également mis en évidence. La prévalence des CPE était de 2,5% (5/197) dans les infections humaines et de 6,5% (13/200) dans le portage fécal. Parmi les 5 isolats cliniques CPE, deux étaient porteurs du gène blaOXA-181, un du gène blaNDM-5 et deux portaient les deux gènes, blaOXA-181 et blaNDM-5. Les 13 isolats CPE provenant du portage fécal portaient le gène blaOXA-181. Le gène blaOXA-181 était situé sur un plasmide de type IncX3 et les gènes blaNDM-5 et blaCTX-M-15 sur un même plasmide de type IncF. Ce travail de thèse a également permis de mettre en évidence la présence des BLSE-PE chez les animaux d’élevage (10% chez les porcs et 2,7% chez les bovins) ainsi que leur diffusion dans l’environnement aquatique. Tout comme chez l’homme, on note une prédominance de BLSE de type CTX-M-15. Enfin, les analyses génétiques des souches d’E. coli productrices de BLSE, et/ou de carbapénémases ainsi que des souches sauvages isolées d’échantillons humains, animaux et environnementaux ont révélé une grande diversité. Les résultats suggèrent une dissémination des gènes de résistance fortement liée au transfert de plasmides de différents groupes d’incompatibilité (IncF, IncX3, IncL/M, IncI1, IncA/C et IncN) entre souches génétiquement différentes. En conclusion, ce travail de thèse rapporte pour la première fois la diffusion de BLSE de type CTX-M-15 et de carbapénèmases de type OXA-181 et NDM-5 au Tchad par transfert horizontal entre l'Homme, l'animal et l’environnement. Il est donc urgent de mettre en place un système de surveillance adapté et efficace afin de limiter et contrôler cette diffusion.

The emergence and spread of antibiotic-resistant Enterobacteriaceae constitute a major public health issue worldwide. ß-lactamases are the most common mechanisms of antibiotic resistance found in Enterobacteriaceae. They inactivate ß-lactam antibiotics that are the most widely used drugs for bacterial infection management. Due to their wide spectrum hydrolysis, extended-spectrum β-lactamases (ESBL) and carbapenemases produced by Enterobacteriaceae (ESPL-PE and CPE) are at the origin of therapeutic impasses. Although the spread of these genes of resistance is starting to be well documented worldwide, studies on β-lactamase-producing Enterobacteriaceae remain scarce in some geographical areas. The literature search highlighted the lack of information on the genetic supports of resistance and their dynamics of transmission within human and animal in sub-Saharan Africa. To date, in Chad, the genetic characterization and transmission of antibiotic-resistant Enterobacteriaceae have never been explored. In this context, the aim of this PhD project was to study the prevalence and the transmission dynamics of ESBL-PE and CPE in human, animal and environmental compartments in Chad. We analyzed isolates collected in N'Djamena city (Chad) between January and March 2017. In humans, bacterial isolates were collected from patients with clinical infections and from volunteers (digestive carriage), thus including two ecological niches (hospital and community). In livestock (pigs and bovines), sampling included digestive carriage isolates from three farms and three slaughterhouses. A final sampling was carried out in the aquatic environment (sewage from hospitals and slaughterhouses, water drainage canals, and the Chari River). Bacterial isolates were first identified by MALDI-TOF, and antibiotic susceptibility testing was carried out using the disc diffusion method. Genes involved in antibiotic resistance were detected by PCR and then characterized by sequencing. The E. coli isolates were genotyped by MLST and VNTR. The prevalence of ESBL-PE was high in human infection (48%) and fecal carriage (44%) isolates. The ESBL enzyme CTX-M-15 was predominant (97%). In addition, the genes involved in the aminoglycoside resistance (armA, rmtB and rmtC), quinolones resistance (qnrB, qnrD, qnrS, aac (6 ') - ib-cr, oqxAB and qepA) and plasmids containing β-lactamases TEM-1 and OXA-1 were also detected. CPE prevalence was 2.5% (5/197) in human infection and 6.5% (13/200) in fecal carriage isolates. Among these five CPE clinical isolates, two carried the blaOXA-181 gene, one the blaNDM-5 gene, and two carried the both genes (blaOXA-181 and blaNDM-5). The CPE 13 fecal carriage isolates carried the blaOXA-181 gene. The blaOXA-181 gene was on an IncX3 plasmid, and blaNDM-5 and blaCTX-M-15 were located on the same IncF plasmid. This project has also highlighted the presence of ESBL-PE in livestock (10% in pigs and 2.7% in bovines), and their spread in the aquatic environment. As in humans, there is a predominance of ESBL enzyme CTX-M-15. Finally, the analysis of the genetic diversity of ESBL- and carbapenemase-producing E. coli and sensitive strains isolated from human, animal and environmental samples revealed a wide variety of clones. This suggests that dissemination of resistance genes is mainly related to the transfer of plasmids belonging to different incompatibility groups (IncF, IncX3, IncL/M, IncI1, IncA /C, and IncN) between genetically different strains. To conclude, this study describes for the first time the diffusion of ESBL CTX-M-15 and, OXA-181 and NDM-5 carbapenemases in Chad by horizontal transfer among humans, animals and environment. Therefore, it is urgent to implement an adapted and effective surveillance system to limit and control this dissemination.