Identifications de nouvelles voies de régulation impliquées dans la résistance non enzymatique aux aminosides chez Pseudomonas aeruginosa

Identification of novel regulatory pathways involved in non-enzymatic resistance to aminoglycosides in Pseudomonas aeruginosa

• Auteur / Autrice : Arnaud Bolard
• Direction : Patrick Plésiat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 05/07/2019
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire chrono-environnement (Besançon) - Laboratoire Chrono-environnement / LCE
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe [Etienne Charles] Bordi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Plésiat, Christophe [Etienne Charles] Bordi, Ina Attree-Delic, Thierry Naas, Thilo Köhler, Katy Jeannot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ina Attree-Delic, Thierry Naas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séquence des acides aminés

Peptides non-ribosomiques

Pompes d'efflux

Systèmes à deux composants (biologie)

Colistine

Aminosides

Résistance aux antibiotiques

Pseudomonas aeruginosa

Mots clés libres

Pseudomonas aeruginosa

Résistance aux aminosides et à la colistine

Facteur d'élongation EF-G1A

Système à deux composants PmrAB

Pompe d'efflux MexXY(OprM)

Synthèse peptidique non-Ribosomale

Pseudomonas aeruginosa

Resistance to aminoglycosides and colistin

Elongation factor EF-G1A

Two-Component system PmrAB

Efflux pump MexXY(OprM)

Nonribosomal peptide synthesis

Résumé

Les antibiotiques sont des molécules incontournables dans le traitement des infections bactériennes. L’émergence et la dissémination de la résistance aux antibiotiques chez la pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa, ont amené l’Organisation Mondiale de la Santé à déclarer indispensable le développement de nouvelles approches thérapeutiques pour lutter contre cette bactérie. Bien que certaines alternatives aient été envisagées, la préservation de l’activité d’antibiotiques majeurs tels que les aminosides et la colistine est primordiale. La caractérisation des mécanismes de résistance à ces médicaments est nécessaire pour la mise au point de nouvelles molécules et mieux prendre en charge les patients. Dans ce contexte, nous montrons que des mutations dans le gène fusA1 (codant le facteur d’élongation EF-G1A) et dans l’opéron pmrAB (système à deux composants PmrAB) entrainent une augmentation de la résistance aux aminosides chez des mutants isolés au laboratoire et des souches issues de patients, atteints ou non, de mucoviscidose. Certaines substitutions d’acide aminé dans EF-G1A accroissent les niveaux de résistance de 2 à 16 fois aux quatre sous-classes d’aminosides. Par ailleurs, des changements d’acide aminé dans le système à deux composants PmrAB activent l’expression des gènes PA4773-PA4774-PA4775, et la production de norspermidine et de spermidine. La synthèse de ces polyamines va de pair avec une baisse de 4 à 16 fois de la sensibilité aux aminosides à noyan 2-désoxystreptamine bisubstitué en 4,6 (gentamicine, amikacine et tobramycine). De plus, il apparaît que la résistance des mutants pmrB à la colistine est en partie dépendante de la pompe d’efflux MexXY(OprM), un système impliqué dans la résistance naturelle, adaptative ou acquise aux aminosides. Enfin, nous montrons que les mutants pmrB surproduisent des alcaloïdes contenant un motif azétidine, par une voie de synthèse non-ribosomale et dépendante du quorum sensing. Ces alcaloïdes diminuent la virulence de P. aeruginosa dans le modèle Galleria mellonella.

Antibiotics are invaluable drugs to combat bacterial infections. Emergence and spread of antibiotic resistance in the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa have led the World Health Organization to consider as a crucial priority the development of new therapeutic approaches to fight this bacterium. In addition to other alternatives, preservation of activity of major antibiotics such as aminoglycosides and colistin is primordial. Consequently, characterization of the resistance mechanisms to these drugs is a prerequisite to design novel molecules, and improve patient care. In this context, we show that mutations in gene fusA1 (encoding elongation factor EF-G1A) and in operon pmrAB (two-component system PmrAB) lead to an increased resistance to aminoglycosides in in vitro-selected mutants and strains isolated from cystic fibrosis (CF) and non-CF patients. Certain amino acid substitutions in EF-G1A confer a 2- to 16-fold increased resistance to the four aminoglycoside subclasses. On the other hand, amino acid variations in two-component system PmrAB activate the expression of genes PA4773-PA4774-PA4775, and production of norspermidine and spermidine. This upregulated polyamine biosynthesis is associated with a 4- to 16-fold decreased susceptibility to 4,6-di-substituted deoxystreptamine aminoglycosides (gentamicin, amikacin and tobramycin). Moreover, our work reveals that the acquired resistance of pmrB mutants to colistin partially depends upon pump MexXY(OprM), a system that otherwise mediates intrinsic, adaptive and acquired resistance to aminoglycosides. Finally, we show that pmrB mutants overproduce azetidine-containing alkaloids by a quorum-sensing-regulated, nonribosomal peptide synthetase pathway. These alkaloids impair the virulence of P. aeruginosa in a Galleria mellonella infection model.