Mobilisation de gènes d'antibiorésistance chez Streptococcus suis par conjugaison

Mobilization of antibiotic resistance genes by conjugation in Streptococcus suis

• Auteur / Autrice : Manon Dechêne-Tempier
• Direction : Corinne Marois, Virginie Libante, Sophie Payot-Lacroix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écotoxicologie, biodiversité, écosystèmes
• Date : Soutenance le 20/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Dynamique des génomes et adaptation microbienne (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Belloc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Corinne Marois, Virginie Libante, Eric Baranowski, Nahuel Fittipaldi, Xavier Bellanger
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Belloc, Eric Baranowski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissertation universitaire

Transfert horizontal de gène

Résistome

Régulation génétique

Éléments génétiques mobiles

Génétique

Streptocoques

Résistance aux antibiotiques

Mots clés libres

Éléments génétiques mobiles

Régulation

Antibiorésistance

Streptococcus suis

Transfert horizontal de gènes

Conjugaison

Mobile genetic elements

Regulation

Horizontal gene transfer

Conjugation

Antibiotic resistance

Streptococcus suis

Résumé

L'augmentation de la résistance bactérienne aux antibiotiques (Ab) est un enjeu majeur de santé publique. Ce phénomène s'inscrit dans l'approche « One Health » qui interconnecte les santés humaine, animale et environnementale. Dans ce cadre, l'étude de Streptococcus suis, une bactérie pathogène et zoonotique avec un fort taux de résistance à certains Ab est particulièrement pertinente. En effet, certains sérotypes sont régulièrement responsables d'épidémies mortelles pour l'Homme en Asie. En Europe, S. suis cause d'importantes pertes économiques dans les élevages porcins et des infections humaines sporadiques. L'analyse de souches d'Amérique du Nord et d'Asie ont mis en évidence une localisation des gènes impliqués dans l'antibiorésistance (AbR) sur des éléments génétiques mobiles (EGM), particulièrement sur des ICE et IME, éléments qui sont intégrés au génome bactérien hôte mais, après excision, transférables via un pore de conjugaison. Les ICE sont autonomes et peuvent jouer le rôle d'élément ''helper'' en transférant des éléments non autonomes : les IME. La présence de gènes d'AbR sur de tels éléments constitue un risque important de propagation, mais ces EGM sont encore très peu étudiés en raison de leur identification complexe. En France, la surveillance de l'AbR des bactéries isolées chez les animaux malades (dont S. suis chez le porc) est assurée par le réseau Résapath. En complément de ces données, l'objectif de ma thèse était de déterminer le niveau de résistance aux Ab au sein d'une collection plus diversifiée de souches de S. suis, d'étudier la localisation génomique des gènes responsables de ces résistances et d'évaluer ainsi le risque de dissémination. Notre approche a été de : (1) constituer une collection de 200 souches représentatives de celles présentes en France métropolitaine selon leurs : sérotypes, sites d'isolement permettant de définir trois pathotypes (pathogène, non-clinique et respiratoire), période d'isolement (antérieure ou postérieure au plan EcoAntibio), hôte (porcs, Homme, sanglier) et régions géographiques d'isolement (la moitié en Bretagne, région de forte densité d'élevages) ; (2) réaliser les antibiogrammes des souches vis-à-vis de 22 Ab, utilisés en médecine vétérinaire et/ou humaine ; (3) séquencer 102 souches sélectionnées en fonction de leurs profils de résistance ; (4) assembler, annoter les génomes puis localiser les gènes d'AbR, de virulence et de compétence ainsi que les ICE et les IME. Nos analyses ont montré que 86% des souches étaient résistantes à au moins un Ab avec un faible taux de résistance aux fluoroquinolones, aux pénicillines, à la pleuromutiline et aux diaminopyrimidine-sulfamides, et un taux très élevé pour les macrolides-lincosamides et la tétracycline. Des profils de multirésistance ont été observés dans 138 souches, en cohérence avec les données européennes. La recherche des gènes d'AbR dans les génomes de S. suis a mis en évidence une diminution de leurs fréquences chez les souches isolées post-Plan EcoAntibio et un nombre statistiquement plus élevé de gènes d'AbR chez les souches non-cliniques. De plus ces gènes (n=217) sont majoritairement localisés sur des ICE/IME. Plus de la moitié des souches porte un IME, contenant des gènes de résistance à la tétracycline et aux macrolides-lincosamides, inséré dans un ICE de la famille Tn5252. Ainsi, S. suis possède probablement un potentiel élevé de propagation des gènes d'AbR. La résistance aux pénicillines concernait 5% de la collection analysée. Une éventuelle diffusion de cette résistance serait préoccupante en raison de l'importance des β-lactamines dans le traitement des infections à S. suis, tant en médecine vétérinaire qu'en médecine humaine. Nos résultats sont complémentaires de ceux du réseau Résapath et démontrent l'intérêt d'étudier des souches de sérotypes moins fréquemment impliqués dans des cas pathologiques ou des souches de portage afin d'améliorer le suivi de l'antibiorésistance en France.

The increase in bacterial resistance to antibiotics is a major public health issue. This phenomenon is part of the ''One Health'' approach, which interconnects human, animal and environmental health. In this context, the study of Streptococcus suis, an animal pathogenic and zoonotic bacterium with a high rate of resistance to certain antibiotics, is particularly relevant. Indeed, certain serotypes are regularly responsible for fatal epidemics in Asia. In Europe, S. suis causes major economic losses on pig farms and sporadic human infections. Analysis of North American and Asian strains has revealed that the genes involved in antibiotic resistance are located on mobile genetic elements (MGEs), particularly on ICEs and IMEs, which are integrated into the host bacterial genome but, after excision, can be transferred via a conjugation pore. ICEs are autonomous and can act as ''helper'' elements by transferring non-autonomous elements: IME. The presence of antibiotic resistance genes on such elements represents a major risk of propagation, but these EGMs are still under-researched due to their complex identification. In France, antibiotic resistance in bacteria isolated from sick animals (including S. suis in pigs) is monitored by the Résapath network. To complement these data, the aim of my thesis was to determine the level of antibiotic resistance within a more diversified collection of S. suis strains, to study the genomic location of the genes responsible for this resistance and thus assess the risk of dissemination. Our approach was to: (1) compile a collection of 200 strains representative of those present in mainland France, according to their : serotypes, sites of isolation, enabling us to define three pathotypes (pathogenic, non-clinical and respiratory), period of isolation (before or after the EcoAntibio plan), host (pigs, humans, wild boar) and geographical regions of isolation (half in Brittany, a region with a high density of livestock); (2) perform antibiograms of strains against 22 antibiotics used in veterinary and/or human medicine; (3) sequence 102 selected strains according to their resistance profiles; (4) assemble and annotate genomes, then locate antibiotic resistance, virulence and competence genes, as well as ICEs and IMEs. Our analyses showed that 86% of strains were resistant to at least one antibiotic, with a low rate of resistance to fluoroquinolones, penicillins, pleuromutilin and diaminopyrimidine-sulfonamides, and a very high rate for macrolides-lincosamides and tetracycline. Multidrug resistance profiles were observed in 138 strains, in line with European data. The search for antibiotic resistance genes in S. suis genomes revealed a decrease in their frequency in strains isolated after the EcoAntibio Plan, and a statistically higher number of antibiotic resistance genes in non-clinical strains. What's more, most of these genes (n=217) are located on ICE/IMEs. More than half the strains carry an EMI containing tetracycline and macrolide-lincosamide resistance genes, inserted in a Tn5252 ICE family. Thus, S. suis probably has a high potential for spreading antibiotic resistance genes. Penicillin resistance accounted for 5% of the collection analyzed. Any spread of this resistance would be a cause for concern, given the importance of β-lactamines in the treatment of S. suis infections in both veterinary and human medicine. Our results are complementary to those of the Résapath network, and demonstrate the value of studying strains of serotypes less frequently implicated in pathological cases or carriage strains, in order to improve monitoring of antibiotic resistance in France.