Un nouveau mécanisme d’entrée des aminosides dans les bactéries Gram-négative

Identification of a new mechanism of aminoglycosides uptake in Gram-negative bacteria

• Auteur / Autrice : Manon Lang
• Direction : Didier Mazel, Zeynep Baharoglu, Eric Bacqué, Stéphane Renard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 13/01/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité Plasticité du génome bactérien
• Jury : Président / Présidente : Jean-Emmanuel Hugonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Etienne Ruppé, Ivan Matic
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Béatrice Py, Anne Galinier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Uridine

Transporteurs ABC

Bactéries Gram négatives

Aminosides

Mots clés libres

Aminosides

Entrée d'aminosides

Transporteurs

Aminoglycosides

Aminoglycosides uptake

Transporters

Résumé

Le nombre de décès dus aux bactéries multirésistantes s'élevait à plus d'un million en 2019, démontrant que la lutte contre les bactéries pathogènes est un enjeu majeur de santé publique. Les aminoglycosides (AGs) sont des antibiotiques à large spectre, efficaces contre les bactéries Gram-négatives grâce à leur capacité à traverser la double barrière membranaire en utilisant la force proton motrice, mais le mécanisme précis reste à élucider. Notre laboratoire a découvert un nouveau mécanisme d'entrée des AGs dans V. cholerae par l'intermédiaire des transporteurs de sucre. Dans cette étude, nous avons montré que la surexpression chez Escherichia coli de plusieurs transporteurs de carbohydrates augmentait la sensibilité aux AGs alors que la délétion d'un seul transporteur avait peu d'impact sur la sensibilité, suggérant une redondance de ces transporteurs capables de se compenser mutuellement et de limiter l'apparition de la résistance. En utilisant un transporteur ''preuve de concept'' appelé CmtA, nous avons confirmé qu'une entrée différentielle des AGs était lié à la délétion ou la surexpression de ce transporteur. Ce mécanisme est partagé avec d'autres pathogènes, puisque la même sensibilité aux AGs a été observée lors de la surexpression des transporteurs de sucre chez Pseudomonas aeruginosa. Augmenter la production de ces transporteurs en réponse à la présence d'un substrat in vivo pourrait permettre une plus grande efficacité des thérapies aux AGs et une toxicité plus faible, en permettant une meilleure absorption par les bactéries. Nous avons donc cherché un substrat capable d'augmenter l'expression des transporteurs impliqués dans l'absorption des AGs, et nous avons identifié le ribonucléoside uridine comme un activateur. L'ajout d'uridine au milieu de culture permet une plus grande absorption des AGs dans E. coli et n'a pas montré d'apparence de mutant. En mimant une infection des voies urinaires avec un milieu synthétique, l'ajout d'uridine potentialise le traitement par AGs en diminuant la concentration minimale inhibitrice des AGs et en accélérant la cinétique de mort. Nous proposons l'uridine comme potentialisateur du traitement par AG, en co-administrant un AG avec de l'uridine pour stimuler son entrée. Cette étude ouvre la voie à l'amélioration de ces traitements par l'utilisation de carbohydrates pour stimuler l'absorption des molécules AGs.

The number of deaths due to multidrug-resistant bacteria was over one million in 2019, demonstrating that the fight against pathogenic bacteria is a major public health issue. Aminoglycosides (AGs) are broad-spectrum antibiotics, effective against Gram-negative bacteria due to their ability to cross the double membrane barrier using the proton motive force, but the precise mechanism remains to be elucidated. Our laboratory has discovered a novel mechanism of entry of AGs into V. cholerae via sugar transporters. In this study, we showed that overexpression in Escherichia coli of multiple carbohydrate transporters increased sensitivity to AGs while deletion of a single transporter had little impact on sensitivity, suggesting a redundancy of these transporters capable of compensating for each other and limiting the development of resistance. Using a ''proof-of-concept'' transporter called CmtA, we confirmed that differential entry of AGs was linked to the deletion or overexpression of this transporter. This mechanism is shared with other pathogens, since the same sensitivity to AGs was observed upon overexpression of sugar transporters in Pseudomonas aeruginosa. Increasing the production of these transporters in response to the presence of a substrate in vivo could allow for greater efficacy and lower side effects of AG therapies by allowing better uptake by bacteria. We therefore sought a substrate capable of increasing the expression of transporters involved in AG uptake, and identified the ribonucleoside uridine as an activator. The addition of uridine to the culture medium allows for greater AG uptake in E. coli and did not show a mutant appearance. By mimicking a urinary tract infection with a synthetic medium, the addition of uridine potentiates AG treatment by decreasing the minimum inhibitory concentration of AGs and accelerating death kinetics. We propose uridine as a potentiator of GA treatment by co-administering an AG with uridine to stimulate its entry. This study paves the way for improving these treatments by using carbohydrates to stimulate AGs molecules uptake.