Impact des huiles essentielles sur l'antibiorésistance de Pseudomonas aeruginosa cultivé seul ou en co-culture

Impact of essential oils on antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa grown alone or in combination

• Auteur / Autrice : Eline Dubois
• Direction : Catherine Llanes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine, microbiologie et maladies transmissibles
• Date : Soutenance le 17/12/2024
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire chrono-environnement (Besançon) - Laboratoire Chrono-environnement
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-2024)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Maillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Perrier-Cornet, Jean-Michel Brunel, Patrick Plésiat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laetitia Daury, Karen Moreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mucoviscidose

Résistance aux antibiotiques

Huiles essentielles

Pseudomonas aeruginosa

Mots clés libres

Pseudomonas aeruginosa

Huiles essentielles

Résistance

Antibiotiques

Mucoviscidose

Pseudomonas aeruginosa

Essential oils

Antibiotics

Cystic Fibrosis

Résumé

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie opportuniste qui infecte de façon chronique les voies pulmonaires des patients atteints de mucoviscidose (CF). En raison de son antibiorésistance, elle est classée prioritaire nécessitant la mise à ce point de nouveaux traitements. D'ailleurs, les patients CF se tournent de plus en plus souvent vers de nouvelles thérapeutiques alternatives telles que les huiles essentielles (HEs). Dans ce travail, nous avons identifié les mécanismes de résistance et de détection des composés extraits d’HEs chez P. aeruginosa mais avons aussi pu constater qu'ils pouvaient induire une résistance croisée avec les antibiotiques anti-Pseudomonas. En effet, la souche de référence PA14 développe une résistante induite au cinnamaldéhyde (CNA, extrait de l'HE de cannelle), notamment grâce à la mise en place de mécanismes de défense impliquant les pompes d’efflux actif, dont MexAB-OprM. Cette voie de défense est mise en place grâce à plusieurs régulateurs, en particulier le répresseur NalC, mais aussi le système à deux composants AmgRS qui détecte le stress membranaire causé par le CNA. Nous montrons également que pour permettre à MexAB-OprM de fonctionner de façon optimisée, la bactérie fait des économies de protons qui constituent sa source d'énergie. Pour cela, elle réduit : (i) sa mobilité flagellaire, (ii) l'activité de la pompe MexXY-OprM également consommatrice de protons et (iii) le fonctionnement de l'ATP-synthase, ce qui rend la bactérie hypersensible aux aminosides. La deuxième ligne de défense active des voies enzymatiques qui permettant d'éliminer les métabolites des HEs. Le CNA est ainsi métabolisé en alcool cinnamique grâce à des aldéhyde/alcool déshydrogénases (dont PA2275), pour être finalement éliminé par les oxydoréductases PA1880-PA1881. La transposition de ces travaux sur des collections longitudinales de souches CF a montré que la sensibilité aux composés extraits d’HE a tendance à augmenter au cours de la colonisation (alors qu'elle diminue pour les antibiotiques), et que la résistance croisée était plus importante chez les souches de primo-colonisation. De plus, les composés extrait d’HEs perturbent l’équilibre des populations du microbiote pulmonaire, en particulier S. aureus, co-isolé avec P. aeruginosa chez 21% des patients du CHU de Besançon. La combinaison HE/antibiotique ne favorisant pas l'éradication ni de S. aureus, ni de P. aeruginosa, il est préférable de déconseiller l'utilisation de ces composés naturels lorsqu'ils sont utilisés en combinaison avec les antibiotiques.

Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic bacterium that chronically infects the pulmonary tract of cystic fibrosis (CF) patients. Because of its resistance to antibiotics, it is a priority for the development of new treatments. In addition, CF patients are increasingly turning to new alternative therapies such as essential oils (EOs). In this work, we identified the resistance and detection mechanisms of compounds extracted from EOs in P. aeruginosa, but also found that they could induce cross-resistance with anti-Pseudomonas antibiotics. In fact, the reference strain PA14 develops induced resistance to cinnamaldehyde (CNA, extracted from cinnamon EO), mainly thanks to the establishment of defence mechanisms involving active efflux pumps, including MexAB-OprM. This defence pathway is established thanks to several regulators, in particular the NalC repressor, but also the two-component AmgRS system, which detects membrane stress caused by CNA. We also show that, in order for MexAB-OprM to function optimally, the bacterium conserves the protons that are its energy source. To do this, it reduces: (i) its flagellar mobility, (ii) the activity of the MexXY-OprM pump, which also consumes protons, and (iii) the functioning of ATP synthase, making the bacterium hypersensitive to aminoglycosides. The second line of defence activates enzymatic pathways to eliminate EO metabolites. CNA is metabolised to cinnamic alcohol by aldehyde/alcohol dehydrogenases (including PA2275) and finally eliminated by oxidoreductases PA1880-PA1881. Application of this work to longitudinal collections of CF strains showed that susceptibility to compounds extracted from HE tended to increase during colonisation (whereas it decreased for antibiotics) and that cross-resistance was greater in primo-colonising strains. In addition, EO-derived compounds disrupt the balance of pulmonary microbiota populations, particularly S. aureus, which co-isolated with P. aeruginosa in 21% of patients at Besançon University Hospital. As the EO/antibiotic combination does not promote the eradication of either S. aureus or P. aeruginosa, it is preferable to discourage the use of these natural compounds in combination with antibiotics.