Identification des mécanismes de tolérance à la céfoxitine chez Mycobacterium abscessus

Identification of cefoxitin tolerance mechanisms in Mycobacterium abscessus

• Auteur / Autrice : Célia Bernard
• Direction : Kaymeuang Cam, Christian Chalut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 01/12/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie et de biologie structurale (Toulouse ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Matthieu Arlat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuelle Cambau, Zeynep Baharoglu, Abdellah Benachour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Soins médicaux

Mucoviscidose

Résistance aux antibiotiques

Mycobacterium abscessus

Mots clés libres

Mycobacterium abscessus

Tolérance aux antibiotiques

Β-lactamines

WhiB7

Mucoviscidose

Organoïdes pulmonaires

Mycobacterium abscessus

Drug tolerance

Β-lactams

WhiB7

Cystic fibrosis

Airway organoids

Résumé

Mycobacterium abscessus est une mycobactérie pathogène opportuniste responsable d'infections pulmonaires sévères, notamment chez les patients atteints de mucoviscidose. Le traitement de ces infections est souvent inefficace du fait de la résistance intrinsèque de M. abscessus à de nombreux antibiotiques et de l'émergence de souches résistantes. Au-delà de la résistance, la tolérance aux antibiotiques qui désigne la capacité d'une sous-population bactérienne ou d'une population bactérienne dans sa globalité, à survivre de manière transitoire à l'exposition à des doses létales d'antibiotiques, contribue probablement à l'échec des traitements. La tolérance conduit à l'allongement de la durée de l'antibiothérapie et favorise la sélection de bactéries mutantes résistantes. Malgré son importance en clinique, la tolérance reste peu étudiée chez M. abscessus. Par ailleurs, l'absence de modèles infectieux adéquats pour étudier les infections à M. abscessus et évaluer l'efficacité des antibiotiques complique la mise en place de stratégies thérapeutiques adaptées à chaque patient. Dans ce contexte, la première partie de ce travail a porté sur l'identification des fonctions impliquées dans la tolérance aux antibiotiques chez M. abscessus. Un mutant présentant une tolérance accrue à la céfoxitine lors de la sortie des bactéries de la phase stationnaire a été isolé par évolution expérimentale. Ce mutant présente une mutation dans le gène serB2, codant une phosphosérine phosphatase impliquée dans la biosynthèse de la L-sérine. Les changements métaboliques causés par cette mutation altèrent l'homéostasie rédox intracellulaire et induisent la surexpression du régulateur transcriptionnel whiB7, favorisant la tolérance aux antibiotiques par la mise en place d'une réponse au stress médiée par WhiB7 selon des mécanismes moléculaires qui restent à préciser. Une deuxième partie de ce travail, réalisée dans le cadre d'une collaboration inter-équipes, a contribué au développement d'un modèle d'organoïde pulmonaire récapitulant certaines des caractéristiques pulmonaires associées à la mucoviscidose (organoïde CF) pour étudier l'infection à M. abscessus et sa réponse aux antibiotiques. Nos données montrent que l'environnement oxydant de l'organoïde CF favorise la croissance de M. abscessus et confirment le caractère hyper-virulent du morphotype rugueux de M. abscessus par rapport au morphotype lisse. Nous avons également démontré que l'ajout d'antioxydants potentialise l'effet bactéricide de la céfoxitine lors d'un traitement d'organoïdes CF infectés par M. abscessus, suggérant que des antioxydants pourraient être utilisés comme adjuvants pour améliorer l'efficacité des traitements antibiotiques en clinique.

Mycobacterium abscessus is an opportunistic pathogenic mycobacterium responsible for severe lung infections, especially in patients with cystic fibrosis. Treatment of these infections is often ineffective due to the intrinsic resistance of M. abscessus to many antibiotics and the emergence of resistant strains. Beyond resistance, antibiotic tolerance, which relies on the ability of a whole bacterial population or a subpopulation to transiently survive lethal doses of antibiotics without developing resistance, probably contributes to treatment failure. Drug tolerance contributes to extended duration of antibiotic treatments and promotes the emergence of drug-resistant bacteria. Despite its importance in clinic, tolerance remains poorly studied in M. abscessus. Furthermore, the lack of relevant infectious models to study M. abscessus infections and assess the efficacy of antibiotics impedes the implementation of therapeutic strategies adapted to each patient. In this context, the first part of this work focused on the identification of functions involved in antibiotic tolerance in M. abscessus. A mutant with increased cefoxitin tolerance during exit of bacteria from the stationary phase has been isolated by experimental evolution. This mutant harbors a mutation in serB2, a gene encoding a phosphoserine phosphatase involved in the biosynthesis of L-serine. Metabolic changes caused by this mutation alter the intracellular redox homeostasis and induce the overexpression of the transcriptional regulator whiB7, promoting antibiotic tolerance through the establishment of a WhiB7-mediated stress response via molecular mechanisms that have yet to be elucidated. The second part of this work, carried out within the framework of an inter-team collaboration, contributed to the development of a lung organoid model recapitulating some of the pulmonary characteristics associated with cystic fibrosis (CF organoid) to study M. abscessus infection and its response to antibiotics. Our data indicate that the oxidative environment of the CF organoid promotes the growth of M. abscessus and confirm the hyper-virulent phenotype of the rough morphotype of M. abscessus compared to the smooth morphotype. We also demonstrated that addition of antioxidants potentiates the bactericidal effect of cefoxitin during treatment of CF organoids infected with M. abscessus, suggesting that antioxidants could be used as adjuvants to improve the efficacy of antibiotic treatments in a clinical context.