Analogues polymériques de peptides antimicrobiens à potentiel thérapeutique anti-Clostridioides difficile

Polymeric analogues of antimicrobial peptides with therapeutic potential against clostridium difficile

• Auteur / Autrice : Antoine Tronnet
• Direction : Pierre Verhaeghe, Colin Bonduelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, Biologie, Santé
• Date : Soutenance le 22/03/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie de Coordination (Toulouse ; 1974-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Fabre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Verhaeghe, Colin Bonduelle, Gad Fuks, Cécile Enguehard-Gueiffier, Amanda Garrido
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gad Fuks, Cécile Enguehard-Gueiffier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Peptides antimicrobiens

Infections nosocomiales

Clostridioides difficile

Mots clés libres

Clostridioides difficile

Polymères

Polymérisatione par ouverture de cycle

N-carboxyanhydride-N-méthylé

Antimicrobiens

Clostridioides difficile

Polymers

Antimicrobial

Ring opening polymerization

Amino acid N-carboxyanhydride

Résumé

Clostridioides difficile (C. difficile) est un bacille à Gram positif, anaérobie strict et sporulé qui se développe souvent dans la flore intestinale de patients dont le microbiote est déstabilisé par une antibiothérapie à spectre large. L'infection à C. difficile (ICD) est la principale conséquence de la colonisation du tube digestif par une souche toxinogène de C. difficile. Aujourd'hui, C. difficile fait partie des principales causes d'infections associées aux soins, aussi appelées infections nosocomiales. L'antibiothérapie anti-C. difficile repose principalement sur trois molécules qui offrent des résultats contrastés et depuis quelques années, les ICD deviennent plus fréquentes, plus sévères et le risque de récidives à très largement augmenté. En 2020, l'OMS a classé C. difficile parmi les micro-organismes présentant une menace urgente et un risque important pour la santé. Ainsi, des projets de recherche sur de nouvelles molécules présentant des mécanismes d'action innovants doivent être développés afin de lutter contre C. difficile. Clostridioides difficile (C. difficile) est un bacille Gram positif anaérobie strict et sporulé qui se développe souvent dans la flore intestinale de patients dont le microbiote est déstabilisé par une antibiothérapie à spectre large. Aujourd'hui, l'infection à C. difficile (ICD) fait partie des principales causes d'infections associées aux soins, aussi appelées infections nosocomiales. L'antibiothérapie anti-C. difficile repose principalement sur trois molécules qui offrent des résultats contrastés et depuis quelques années : les ICD deviennent plus fréquentes, plus sévères et récidivent souvent. En 2020, l'OMS a classé C. difficile parmi les micro-organismes présentant une menace urgente et un risque important pour la santé humaine. Les peptides antimicrobiens (PAM) sont des biomolécules constituées d'acides aminés notamment produites par certains micro-organismes et ciblant virus, bactéries, fungi et parasites. L'efficacité des PAM s'explique par leur capacité à déstabiliser les membranes, une propriété physicochimique liée à leur caractère amphiphile. A ce jour, le développement industriel des PAM reste assez limité à cause de leur cout de production élevé et de leur sensibilité aux peptidases, empêchant leur administration par voie orale. Des analogues polymériques comme mimes simplifiés des PAM ont été proposés pour tenter de lever ces contraintes et les polymères d'acides aminés sont certainement de très bons supports pour se rapprocher des PAM. Cette thèse présente la préparation de nouveaux copolymères amphiphiles obtenus par polymérisation par ouverture de cycle (ROP) de monomères de type N-carboxyanhydrides-N-méthylés (NNCA). Ces monomères NNCA ont été obtenus à partir d'acides aminés issus de la biomasse possédant une chaine latérale "hydrophobe" (L-Alanine ; D-Alanine ; L-Leucine et L-Phénylalanine) ou "cationique" à pH physiologique (L-Lysine) en deux temps : 1) la synthèse d'intermédiaires N-Boc-N-méthylés en 2 étapes puis 2) cyclisation en NNCA par la méthode de Leuchs. Cette méthodologie a permis de préparer 4 monomères NNCA "hydrophobes" et 1 monomère "cationique". Ensuite, nous avons analysé les cinétiques de polymérisation de certains NNCA en préparant des homopolymères puis nous avons mis en œuvre des réactions de copolymérisation en mélangeant les NNCA "hydrophobes" et "cationiques". En parallèle, nous avons déterminé les concentrations minimales inhibitrices (CMI) vis-à-vis de C. difficile d'une bibliothèque de copolypeptoïdes, en étudiant l'influence de paramètres structuraux tels que l'hydrophobicité, la nature de la chaine latérale, la nature de l'amorceur et le degré de polymérisation et avons pu identifier plusieurs polymères aussi actifs que deux molécules de référence et peu cytotoxiques vis-à-vis de la lignée épithéliale Caco-2.

Clostridioides difficile (C. difficile) is a spore-forming, strict anaerobic Gram-positive bacillus that often develops in the gut of patients whose intestinal microbiota is destabilized by broad-spectrum antibiotherapy. Currently, C. difficile infection (CDI) is one of the leading causes of healthcare-associated infections, also known as nosocomial infections. Anti-C. difficile antibiotic therapy is mainly based on three molecules that offer contrasting results and in recent years, CDI has become more frequent, more severe and more often recurrent. In 2020, the WHO classified C. difficile as a microorganism posing an urgent threat and a significant risk to human health. Antimicrobial peptides (AMP) are biomolecules constituted of amino acids produced by microorganisms that target viruses, bacteria, fungi and parasites. The effectiveness of AMP is due to their ability to destabilize membranes, a physicochemical property linked to their amphiphilic character. To date, the industrial development of AMP is limited by their high production cost and their sensitivity to peptidases, which prevents their oral administration. Polymeric analogues as simplified mimetics of AMP have been proposed to tackle these constraints and amino acid polymers are certainly very suitable supports to approach AMP. In this thesis, we present the preparation of new amphiphilic copolymers obtained by ring-opening polymerization (ROP) of N-methylated-N-carboxyanhydrides (NNCA) monomers. These NNCA monomers were obtained from bio-sourced amino acids with a "hydrophobic" (L-Alanine; D-Alanine; L-Leucine and L-Phenylalanine) side chain or "cationic" side chain at physiological pH (L-Lysine) in two steps: 1) synthesis of N-Boc-N-methylated intermediates in 2 steps and 2) cyclization into NNCA by the Leuchs method. This methodology allowed to prepare 4 "hydrophobic" NNCA monomers and 1 "cationic" monomer. Then, we analyzed the polymerization kinetics of some NNCA by preparing homopolymers and then we implemented copolymerization reactions by mixing the "hydrophobic" and "cationic" NNCA. In the same time, we determined the minimum inhibitory concentrations (MIC) towards C. difficile of a library of copolypeptoids, by studying the influence of structural parameters such as hydrophobicity, the nature of the side chain, the nature of the initiator and the degree of polymerization, and were able to identify polymers that were as active as two reference molecules and not significantly cytotoxic towards the epithelial line Caco-2.