Entérobactéries résistantes aux carbapénèmes isolées au Nord Liban : mécanismes, support génétique et pathogénicité

Enterobacteriaceae resistant to carbapenems isolated in North Lebanon : mechanisms, genetic support and pathogenicity

• Auteur / Autrice : Racha Beyrouthy
• Direction : Richard Bonnet, Monzer Hamze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la sante
• Date : Soutenance le 25/06/2014
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Evolution des bactéries pathogènes et susceptibilité génétique de l'hôte (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Michel Simonet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Richard Bonnet, Monzer Hamze, Jean-Yves Madec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbapénèmes

Mots clés libres

Carbapénèmases

Entérobactéries

Génotypes

Carbapenemases

Enterobacteriaceae

Genotypes

Résumé

Les carbapénèmes sont des antibiotiques de la famille des β-lactamines utilisées en dernier recours à cause de leur stabilité vis-à-vis de la plupart des mécanismes de résistance. Cependant, on assiste chez les entérobactéries à l’émergence de carbapénèmases capables d’inactiver ces molécules. Les objectives de ce travail étaient d’explorer l’émergence de ces mécanismes de résistance dans des entérobactéries isolées au Nord Liban entre 2008 et 2012, d’analyser leur support génétique, ainsi que le fond génétique et la pathogénicité des souches porteuses. Nous avons observé une augmentation d’un facteur quatre de la prévalence des entérobactéries de sensibilité diminuée ou résistantes aux carbapénèmes dans les prélèvements cliniques hospitaliers entre 2008 et 2012. Un portage intestinal a été également observé chez 1,5% des individus dans une population d’enfants issus de la communauté. Le phénotype de résistance observé était lié à la production de la carbapénèmase OXA-48. Bien que sept espèces productrices ont été identifiées, la plupart des isolats étaient des souches non-redondantes appartenant aux espèces K. pneumoniae et surtout E. coli. Le vecteur de la diffusion de OXA-48 dans ces bactéries était trois plasmides du groupe d’incompatibilité IncL/M de 49 kb, 63 kb et 84 kb. Cependant, 67% des souches E. coli portaient le gène codant OXA-48 (blaOXA-48) sur le chromosome. La caractérisation des supports génétiques par des approches de séquençage à haut débit a montré qu’ils étaient apparentés et le produit de remaniements génétiques impliquant le transposon Tn21-like, la séquence d'insertion IS1R ou un nouveau transposon composite appelé Tn6237. L’insertion chromosomique de blaOXA-48 résultait de la transposition de Tn6237 qui est capable de transférer un fragment plasmidique de 20 kb dans différents sites du chromosome de E. coli. Les souches K. pneumoniae produisant OXA-48 n’appartenaient pas aux génotypes capsulaires hautement virulents K1 et K2, mais portaient des facteurs identifiées pour favoriser la virulence ou la colonisation de l’hôte. OXA-48 a été observée dans tous les phylogroupes de E. coli, y compris les phylogroupes B2 et D connus pour contenir les souches pathogènes extra-intestinales. Une souche se distinguait par une accumulation sans précédent de huit îlots de pathogénicité. Cette souche induisait une létalité inhabituellement élevée dans un modèle murin de sepsis. En conclusion, l’acquisition du gène blaOXA-48 est donc liée à la diffusion de plasmides apparentés, qui sont marqués par une plasticité conduisant à une localisation chromosomique du gène pouvant favoriser sa persistance. Elle conduit à une diffusion multi-clonale de souches K. pneumoniae et surtout E. coli potentiellement hautement virulentes. Cette association entre de l’espèce E. coli et la carbapénèmase OXA-48 est inquiétante, car E. coli constitue à la fois un réservoir dont la taille peut être considérable et un pathogène responsable d’infections fréquentes pouvant parfois mettre en jeu le pronostic vital.

In the β-lactam family, carbapenems are the most effective antimicrobial agents used as a last resort due to their stability toward most resistance mechanisms. However, we recently observed the emergence of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae. The aim of the present study consisted to explore (i) the epidemiological situation of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae isolated in North Lebanon between 2008 and 2012, (ii) the identification of the resistance mechanisms, and (iii) the characterization of pathogenicity and genetic background of the corresponding strains. We observed a 4-fold increase in the prevalence of Enterobacteriaceae exhibiting decreased susceptibility or resistance to carbapenems in the clinical isolates collected at hospital during 2008-2012. The prevalence of fecal carriage of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae was estimated to 1.5% in healthy children of the community. OXA-48 was the only carbapenemase identified among non-redundant isolates which spread to seven species. E. coli and K. pneumoniae were the main represented species. The OXA-48-encoding gene (blaOXA-48) was carried by three novel IncL/M plasmids of 49 kb, 63 kb and 84 kb. However, 67% of E. coli strains encoded blaOXA-48 chromosome-mediated. The sequencing of the previously mentioned genetic structures by high -throughput approaches showed that they are the product of genetic rearrangements involving the Tn21-like transposon, the insertion sequence IS1R and a novel composite transposon designed Tn6237. The chromosomal insertion of blaOXA-48 was due to the acquisition of element Tn6237 leading consequently to the transposition of 20 kb plasmid fragment into different sites of E. coli chromosome. The pathogenicity profile of K. pneumoniae strains showed that they did not belong to highly virulent capsular genotypes K1 and K2, but harbored factors promoting virulence and host colonization. E. coli isolates belonged to different phylogroups, including phylogroups B2 and D known to contain the extra-intestinal pathogenic strains. An E. coli strain was characterized by a broad accumulation of pathogenicity islands (n=8). In addition, this strain induced an unusually high lethality in a mouse model of sepsis. In conclusion, the acquisition of the blaOXA-48 gene is linked to the spread of related IncL/M plasmids, which are marked by a plasticity leading to a chromosomal location of blaOXA-48 and probably promoting its persistence. It leads to a multiclonal diffusion of K. pneumoniae and especially E. coli potentially highly virulent. This association between E. coli and the carbapenemase OXA-48 is worrying because E. coli represent a putative important reservoir and a pathogen agent responsible for frequent infections that can be a life threatening.