Développement d'une méthode d'analyse protéomique par spectrométrie de masse pour le diagnostic médical des infections bactériennes du sang

Development of a mass spectrometry-based proteomic analysis method for the medical diagnosis of bacterial bloodstream infections

• Auteur / Autrice : Francis Deforet
• Direction : Jérôme Lemoine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences analytiques
• Date : Soutenance le 12/12/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Analytiques
• Jury : Président / Présidente : François Vandenesch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Lemoine, Julie Hardouin, Asmaa Tazi, Katy Jeannot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julie Hardouin, Asmaa Tazi
• DOI : 10.70675/c2632e44zf646z46b7za24bz6d73c78f1944

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sepsis

Résistance aux antibiotiques

Infections

sang

Santé publique

Mots clés libres

Spectrométrie de masse

Protéomique

Résistance aux antibiotiques

Diagnostic in vitro

Infections du sang

Sepsis

Mass spectrometry

Proteomics

Antibiotic resistance

In vitro diagnostic

Bloodstream infections

Sepsis

Résumé

La résistance aux antibiotiques chez les microorganismes pathogènes de l’homme est un problème de santé publique en croissante augmentation dans le monde. Etre capable d’identifier rapidement et efficacement les profils de résistance des microorganismes en cause dans les infections graves est une nécessité pour adapter rapidement les traitements antibiotiques et améliorer le taux de survie des patients. Au-delà de l’enjeu médical, la caractérisation rapide des microorganismes résistants est également primordiale pour limiter leur dissémination et l’émergence de nouveaux mécanismes de résistance.Les infections du sang font partie des infections graves qui requièrent une prise en charge rapide et un suivi attentif des patients. De nombreuses méthodes de diagnostic sont aujourd’hui disponibles dans les laboratoires de microbiologie clinique pour obtenir ou prédire l’antibiogramme des souches en cause. Cependant, aucun outil ne rassemble rapidité, faible coût et exhaustivité des mécanismes de résistance ciblés.La chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse ciblée (LC-MS/MS) est une technologie encore peu répandue dans les laboratoires hospitaliers. Cette approche possède pourtant plusieurs avantages notamment sa grande capacité de multiplexage et son aspect quantitatif qui peuvent en faire un outil de choix pour le diagnostic rapide des infections du sang. Dans le cadre du projet IdBIORIV, nous avons cherché à développer une approche protéomique basée sur la LC-MS/MS ciblée pour détecter et quantifier les mécanismes de résistance aux antibiotiques directement à partir d’hémocultures positives. Lors des travaux présentés ici nous avons mis au point un protocole simple et rapide d’isolement des microorganismes d’une hémoculture positive afin de faciliter leur analyse par LC-MS/MS. Dans le but d’anticiper l’implémentation ce cette méthode dans des laboratoires de microbiologie clinique nous avons vérifié sa robustesse en cas d’analyse retardé d’une hémoculture positive comme c’est le cas dans les laboratoires ne fonctionnant pas 24/24h. Nous avons ensuite mis au point des méthodes d’analyse pour identifier en moins de deux heures et avec près de 100% de sensibilité les principaux mécanismes de résistances aux antibiotiques chez Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium et Enterococcus faecalis directement à partir d’hémocultures positives.Ces travaux ainsi que ceux issus du projet IdBIORIV ont permis de démontrer la faisabilité d’une approche protéomique ciblée pour la prédiction de profils de résistance aux antibiotiques et illustrent le potentiel de la LC-MS/MS comme outil de diagnostic rapide des infections du sang.

Antibiotic resistance in human pathogenic microorganisms is a public health problem that is on the increase worldwide. Being able to rapidly and efficiently identify the resistance profiles of the microorganisms involved in serious infections is essential to rapidly adapt the antibiotic treatments and improve patients survival rates. In addition to the medical implications, rapid characterization of antibiotic-resistant microorganisms is also essential to limit their spread and the emergence of new resistance mechanisms.Bloodstream infections are among the most serious infections requiring rapid treatment and careful monitoring of patients. Numerous diagnostic methods are currently available in clinical microbiology laboratories for obtaining or predicting the resistance profils of the causative microorganism. However, no tool combines speed, low cost and exhaustiveness of the targeted resistance mechanisms.Liquid chromatography coupled to targeted mass spectrometry (LC-MS/MS) is a technology that is still not implemented in hospital laboratories. However, this approach has a number of advantages, in particular its high multiplexing capacity and its quantitative aspect, which can make it a tool of choice for the rapid diagnosis of bloodstream infections.As part of the IdBIORIV project, we sought to develop a proteomic approach based on targeted LC-MS/MS to detect and quantify antibiotic resistance mechanisms directly from positive blood cultures. In the work presented here, we have developed a simple and rapid protocol for isolating microorganisms from a positive blood culture to facilitate their analysis. In order to anticipate the implementation of this analysis method in clinical microbiology laboratories, we verified its robustness in the event of delayed analysis of a positive blood culture, as is the case in laboratories that do not operate 24 hours a day. We then developed analysis methods to identify the main antibiotic resistance mechanisms in Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium and Enterococcus faecalis directly from positive blood cultures in less than two hours and with almost 100% sensitivity.This work has demonstrated the feasibility of a targeted proteomic approach for predicting antibiotic resistance profiles and illustrates the potential of LC-MS/MS as a rapid diagnostic tool for bloodstream infections.