Impact de la résistance aux inhibiteurs de LpxC dans la transmission de la peste

Impact of resistance to LpxC inhibitors in plague transmission

• Auteur / Autrice : Alix Laffitte
• Direction : Nadine Lemaître
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 01/02/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Center for Infection and Immunity of Lille
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie Lacroix
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alexandra Aubry, Christian Demeure

Mots clés

Mots clés contrôlés

Yersinia pestis

Résistance microbienne aux médicaments

Yersinia pestis

Résistance aux antibiotiques

Peste

Mots clés libres

Inhibiteurs de LpxC

Peste

FabZ

Résistance aux antibiotiques

Yersinia pestis

LpxC inhibitors

Plague

FabZ

Antibiotics resistance

Yersinia pestis

Résumé

Chez Escherichia coli et Klebsiella pneumoniae, des mutations du gène fabZ (responsable de la synthèse des phospholipides membranaires) sont responsables de la résistance à une nouvelle classe d'antibiotique potentielle, les inhibiteurs de LpxC, enzyme du métabolisme du lipide A. Dans ce travail, nous avons caractérisé les mécanismes de résistance aux inhibiteurs de LpxC et étudier leur coût biologique chez Y. pestis, dans des conditions mimant celles rencontrées par la bactérie dans son cycle infectieux. La fréquence de la résistance aux inhibiteurs de LpxC chez Y. pestis était faible entre 2,3.10-9 et 4,5.10-10 et parmi les 8 mutants résistants obtenus, 5 avaient des mutations dans le gène fabZ et 3 n'en avaient pas. La plupart des mutants résistants présentaient une morphologie, à la coloration de Gram, modifiée par rapport à la souche sauvage et deux d'entre eux avaient une croissance effondrée dans des conditions proches de celles rencontrées par Y. pestis chez le mammifère (croissance à 37°C, en présence de sérum humain et de macrophages murins). La complémentation par le gène fabZ a permis de restaurer le morphotype et la croissance des mutants ainsi que la sensibilité aux inhibiteurs de LpxC, sauf chez un mutant ayant une substitution P22L de FabZ qui est demeuré résistant. Le séquençage du génome entier de ce mutant et des expériences de complémentation ont mis en évidence un nouveau mécanisme de résistance lié à un transporteur ABC putatif. Le séquençage du génome entier des autres mutants résistants, en particulier des mutants dépourvus de mutations dans le gène fabZ, a mis en évidence des mutations dans des gènes différents principalement impliqués dans les appareils de sécrétion et les systèmes de transport membranaires. Leur responsabilité dans la résistance aux inhibiteurs de LpxC reste à établir par la création de mutants de délétion et des expériences de complémentation. Les expériences in vivo chez la puce, ont montré que l'ensemble des mutants avaient tendance à moins bien bloquer le proventricule de la puce et donc seraient moins à même d'être transmis. Ainsi, chez Y. pestis, la résistance aux inhibiteurs n'est pas exclusivement liée aux mutations du gène fabZ comme chez les autres entérobactéries. De plus, elle peut affecter la survie de Y. pestis au cours de son cycle infectieux en raison de l'impact potentiel sur les lipides et les échanges membranaires.

In Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae, mutations in the fabZ gene (responsible for the synthesis of membrane phospholipids) are responsible for resistance to a new class of potential antibiotics, the inhibitors of LpxC, an enzyme of lipid A metabolism. In this work, we characterized the mechanisms of resistance to LpxC inhibitors and studied their biological cost in Y. pestis, under conditions mimicking those encountered by the bacterium in its infectious cycle. The frequency of resistance to LpxC inhibitors in Y. pestis was low between 2.3.10-9 and 4.5.10-10 and among the 8 resistant mutants obtained, 5 had mutations in the fabZ gene and 3 did not. Most of the resistant mutants had an altered Gram stain morphology compared to the wild-type strain and two of them had a collapsed growth under conditions close to those encountered by Y. pestis in mammals (growth at 37°C, in the presence of human serum and murine macrophages). Complementation with the fabZ gene restored the morphotype and growth of the mutants as well as sensitivity to LpxC inhibitors, except for one mutant with a P22L substitution of FabZ which remained resistant. Whole-genome sequencing of this mutant and complementation experiments revealed a novel resistance mechanism linked to a putative ABC transporter. Genome-wide sequencing of the other resistant mutants, in particular mutants lacking mutations in the fabZ gene, revealed mutations in different genes mainly involved in secretion apparatus and membrane transport systems. Their responsibility in the resistance to LpxC inhibitors remains to be established by the creation of deletion mutants and complementation experiments. In vivo experiments in the flea, showed that all mutants tended to block the flea proventriculus less well and therefore would be less able to be transmitted. Thus, in Y. pestis, resistance to inhibitors is not exclusively related to mutations in the fabZ gene as in other enterobacteria. Moreover, it can affect the survival of Y. pestis during its infectious cycle because of the potential impact on lipids and membrane exchanges.