Développement de méthode pour la caractérisation de la résistance et de la virulence de bactéries issues d’hémocultures par spectrométrie de masse couplée à la chromatographie liquide

Method development for characterizing the resistance and virulence of bacteria from blood cultures using mass spectrometry coupled with liquid chromatography

• Auteur / Autrice : Pierre L'Aour-Dufour
• Direction : François Vandenesch, Jérôme Lemoine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 04/02/2026
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre international de recherche en infectiologie (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Karen Moreau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Vandenesch, Jérôme Lemoine, Sandrine Boisset, Katy Jeannot, Jacques Schrenzel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Boisset, Katy Jeannot, Jacques Schrenzel
• DOI : 10.70675/c3b6daadz3c0cz45c2zb48bzff0e723634e0

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance aux antibiotiques

Chromatographie en phase liquide

Protéomique

Spectrométrie de masse à acquisition indépendante des données

Mots clés libres

Protéomique

Antibiorésistance

Spectrométrie de masse

Proteomics

Amr

Mass Spectrometry

Résumé

Cette thèse s’inscrit à l’interface de la microbiologie clinique, de la chimie analytique et de la protéomique, et vise à améliorer le diagnostic des infections bactériennes par le développement de méthodes innovantes de détection rapide de la résistance aux antibiotiques. Elle repose sur l’utilisation de la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS), permettant d’accéder directement au phénotype bactérien à partir d’hémocultures positives, dans une perspective de recherche translationnelle. Les méthodes conventionnelles de microbiologie, fondées sur la culture et l’antibiogramme, nécessitent des délais de 24 à 72 heures, retardant la mise en place d’un traitement adapté et favorisant l’usage d’antibiothérapies probabilistes à large spectre. Les approches moléculaires, bien que rapides, restent limitées par leur incapacité à refléter fidèlement l’expression des mécanismes de résistance. Dans ce contexte, la protéomique constitue une alternative prometteuse, en permettant l’analyse directe des protéines effectivement exprimées par les bactéries. Les travaux ont initialement porté sur l’étude de protéines membranaires impliquées dans la résistance aux antibiotiques chez Pseudomonas aeruginosa, pathogène opportuniste majeur en milieu hospitalier. Une attention particulière a été accordée à la porine OprD, dont l’altération est associée à une résistance aux carbapénèmes. L’optimisation de la préparation des échantillons issus d’hémocultures a constitué un axe central du travail, afin d’isoler efficacement les bactéries tout en préservant leur profil protéique dans une matrice biologique complexe. Dans un second temps, les travaux se sont orientés vers le développement de stratégies analytiques plus globales, permettant la détection simultanée de multiples protéines. L’introduction de méthodes d’acquisition de données de type DIA (Data Independent Acquisition) a permis d’améliorer la couverture protéique et la robustesse des analyses. Des développements méthodologiques ont également été réalisés pour optimiser la construction de bibliothèques spectrales et limiter les faux positifs, éléments clés pour une application en microbiologie clinique. Les résultats obtenus démontrent la faisabilité d’une caractérisation protéomique de la résistance bactérienne directement à partir d’hémocultures positives. Ils mettent en évidence le potentiel de la LC-MS comme outil diagnostique innovant, capable de fournir des informations rapides et pertinentes sur le profil de résistance. Toutefois, plusieurs défis subsistent, notamment en termes de variabilité biologique, de complexité des échantillons, ainsi que de robustesse et d’automatisation des méthodes. Cette thèse illustre ainsi les enjeux de la recherche translationnelle en microbiologie, nécessitant de concilier rigueur analytique et contraintes cliniques. À terme, l’intégration de la protéomique dans les pratiques hospitalières pourrait permettre une meilleure prise en charge des infections bactériennes, en facilitant une adaptation plus rapide et plus précise des traitements antibiotiques.

This thesis lies at the interface of clinical microbiology, analytical chemistry, and proteomics, and aims to improve the diagnosis of bacterial infections through the development of innovative methods for rapid detection of antibiotic resistance. It relies on liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC-MS), enabling direct access to the bacterial phenotype from positive blood cultures within a translational research framework. Conventional microbiological methods based on culture and antimicrobial susceptibility testing require 24 to 72 hours, delaying appropriate treatment initiation and often leading to the use of broad-spectrum empirical therapies. Molecular approaches, although rapid, remain limited by their inability to accurately reflect the expression of resistance mechanisms. In this context, proteomics represents a promising alternative by allowing direct analysis of expressed bacterial proteins. This work initially focused on membrane proteins involved in antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa, a major opportunistic pathogen in hospital settings. Particular attention was given to the OprD porin, whose alteration is associated with carbapenem resistance. A key aspect of the study was the optimization of sample preparation from blood cultures, aiming to efficiently isolate bacteria while preserving their proteomic profile within complex biological matrices. In a second phase, the work expanded toward the development of broader analytical strategies enabling simultaneous detection of multiple proteins. The introduction of Data Independent Acquisition (DIA) methods improved both proteome coverage and analytical robustness. Additional methodological developments were carried out to optimize spectral library construction and reduce false positives, which are critical parameters for clinical applicability. The results demonstrate the feasibility of proteomic characterization of bacterial resistance directly from positive blood cultures. They highlight the potential of LC-MS as an innovative diagnostic tool capable of providing rapid and relevant information on resistance profiles. However, several challenges remain, including biological variability, sample complexity, and the need for improved robustness and automation. Overall, this thesis illustrates the challenges of translational research in microbiology, requiring a balance between analytical rigor and clinical constraints. In the long term, the integration of proteomics into clinical workflows could enhance the management of bacterial infections by enabling faster and more precise adaptation of antibiotic therapies.