Caractérisation génomique des bacilles à Gram négatif producteurs de méthyltransférases de l'ARNr 16S et alternatives thérapeutiques

Genomic characterization of 16S rRNA methyltransferase-producing Gram-negative bacilli and therapeutic alternatives

• Auteur / Autrice : François Caméléna
• Direction : Béatrice Bercot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 09/12/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Infection, anti-microbien, modélisation, évolution (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Bonacorsi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Bonacorsi, Katy Jeannot, Thierry Naas, Véronique Dubois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katy Jeannot, Thierry Naas

Mots clés

Mots clés contrôlés

ARN ribosomique 16S

Méthyltransférases

Génétique

Bactéries Gram négatives

Mots clés libres

Aminoglycosides

Méthyltransférase de l'ARNr 16S

Enterobacterales

Acinetobacter baumannii

Pseudomonas aeruginosa

Plasmide

Élément génétique mobile

Carbapénémase

Apramycine

Aminoglycosides

16S rRNA methyltransferase (RMTase)

Enterobacterales

Acinetobacter baumannii

Pseudomonas aeruginosa

Plasmid

Mobile genetic element

Carbapenemase

Apramycin

Résumé

Les méthyltransférases de l'ARNr 16S (RMTase) sont des enzymes qui confèrent une résistance à haut niveau (CMI ' 256 mg/L) aux aminoglycosides (AG) d'usage clinique. Depuis les années 2000, les RMTases acquises ont émergé chez des bacilles à Gram négatif, particulièrement chez les producteurs de carbapénémase. Les objectifs de ce travail étaient d'identifier et de caractériser sur le plan phénotypique et génotypique les bactéries productrices de RMTase dans notre collection pour décrire l'épidémiologie de cette résistance en France afin de mieux comprendre leurs émergences. Nous avons identifié des RMTases dans des isolats de Enterobacterales, de A. baumannii et de P. aeruginosa ; leurs prévalences respectives sont estimées à 0,12%, 4,4% et 0,26 % dans notre collection. Chez les Enterobacterales, les RMTases ArmA et RmtB sont les plus fréquentes et sont principalement retrouvées chez E. coli et K. pneumoniae dans de multiples clones incluant des clones à haut risque. Dans les isolats de E. coli, le gène armA est principalement localisé sur le transposon Tn1548 retrouvé sur des plasmides IncM, alors que le gène rmtB est retrouvé flanqué de différentes séquences d'insertion et hébergé sur des plasmides de type IncF. Chez K. pneumoniae, la RMTase RmtF est retrouvée uniquement dans des isolats coproduisant des carbapénémases et appartenant aux clones ST147 et ST231. Dans les isolats de A. baumannii, seule la RMTase ArmA est identifiée et uniquement chez des isolats producteurs de carbapénémase, principalement OXA-23. Ces isolats appartiennent à trois clones différents, le plus fréquent est le ST2. Dans les isolats de P. aeruginosa, les RMTases ne semblent pas être le mécanisme le plus fréquemment associé à la résistance à haut niveau aux AG. Les gènes de RMTase identifiés sont rmtF2 et rmtB4 majoritairement décrits dans le chromosome bactérien au sein d'éléments conjugatifs et intégratifs (ICE). Enfin, nous avons évalué l'activité de l'apramycine sur notre collection de bactéries productrices de RMTase et nous avons montré que la résistance à cette AG est rare (<5%) chez ces bactéries suggérant que l'apramycine constituerait une alternative thérapeutique intéressante en cas d'infection. Ce travail a permis une caractérisation étendue, incluant des analyses phénotypiques, génotypiques et phylogénétiques, améliorant les connaissances des bacilles à Gram négatif producteurs de RMTases en France. Bien que rare, les bactéries productrices de RMTases semblent émerger en France par expansion clonale et potentiellement grâce à leur association avec des élément génétiques mobiles et des carbapénémases, soulignant la nécessité de surveiller cette résistance dans le futur.

16S rRNA methyltransferases (RMTases) are enzymes that confer high-level resistance (MIC ' 256 mg/L) to clinically relevant aminoglycosides (AG). Since the 2000s, acquired RMTases have emerged in Gram-negative bacilli, particularly in carbapenemase producers. The objectives of this work were to identify and characterize phenotypically and genotypically the RMTase-producing bacteria in our collection to further describe the epidemiology of this resistance in France and to better understand their emergence. We identified RMTases in Enterobacterales, A. baumannii and P. aeruginosa isolates; their prevalences are estimated at 0.12%, 4.4% and 0.26%, respectively, in our collection. Among Enterobacterales, the RMTases ArmA and RmtB are the most frequent and are mainly found in E. coli and K. pneumoniae in multiple clones including high risk clones. In E. coli isolates, the armA gene is mainly located on the Tn1548 transposon found on IncM plasmids, while the rmtB gene is found flanked by different insertion sequences and harbored by IncF plasmids. In K. pneumoniae isolates, the RmtF RMTase is found only in carbapenemase co-producing isolates belonging to clones ST147 and ST231. In A. baumannii isolates, only the RMTase ArmA is identified and solely in carbapenemase-producing isolates, mainly OXA-23. These isolates belong to three different clones, the most frequent being ST2. In P. aeruginosa isolates, RMTases do not represent the most frequent mechanism associated with high-level AG resistance. The most frequent RMTase genes identified are rmtF2 and rmtB4 localized in the bacterial chromosome within conjugative and integrative elements (ICE). Finally, we evaluated the activity of apramycin in our collection of RMTase-producing bacteria and showed that resistance to this AG is rare (<5%) suggesting that apramycin could represent an interesting therapeutic option in case of infection. This work allowed an extensive characterization, including phenotypic, genotypic and phylogenetic analyses, improving the knowledge of Gram-negative bacilli producing RMTases in France. Although rare, RMTase-producing bacteria seem to emerge in France by clonal expansion and potentially through their association with mobile genetic elements and carbapenemases, highlighting the need of a surveillance of this resistance in the future.