Succès épidémiologique des pathogènes opportunistes du genre Achromobacter : étude des facteurs de virulence et de persistance

Epidemiological success of opportunistic pathogens of the Achromobacter genus: study of virulence and persistence factors

• Auteur / Autrice : Vincent Jean-pierre
• Direction : Héléne Marchandin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : BDI-Biotechnologie, Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : HSM - Hydrosciences Montpellier

Mots clés

Mots clés libres

Achromobacter

Environnement

Virulence

Mucoviscidose

Achromobacter

Environment

Virulence

Cystic fibrosis

Résumé

Le genre Achromobacter comprend des bacilles à Gram négatif qui sont largement distribués dans l'environnement, principalement hydrique. Ce sont également des bactéries pathogènes de l'Homme causant des infections principalement chez les patients immunodéficients et les patients atteints de mucoviscidose. Au cours de la mucoviscidose, les bactéries du genre Achromobacter ont notamment la capacité de persister de nombreuses années dans le tractus respiratoire des patients grâce au développement de nombreux traits adaptatifs ; elles sont actuellement considérées comme des pathogènes émergents chez ces patients. Au sein de ce genre bactérien, l'identification des différentes espèces requiert des méthodes spécifiques qui ne font jusqu'alors pas partie des méthodes utilisées en routine (amplification et séquençage du gène nrdA, approche de MultiLocus Sequence Typing). Si l'espèce A. xylosoxidans est décrite comme la plus fréquemment isolée en contexte clinique, les spécificités des différentes espèces au sein du genre demeurent à ce jour largement méconnues, notamment en termes d'habitat, de capacités adaptatives et de pouvoir pathogène mais aussi de contenu en facteurs de virulence et gènes de résistance aux antibiotiques malgré quelques publications récentes sur des espèces moins fréquemment identifiées (A. mucicolens ou A. insuavis par exemple). Les travaux de l'équipe PHySE sur des collections de souches d'Achromobacter d'origine clinique et environnementale ont notamment montré la diversité des processus adaptatifs des bactéries de ce genre bactérien et pour la première fois : 1) des capacités compétitives spécifiques de certaines souches d'Achromobacter envers d'autres pathogènes d'origine environnementale comme Pseudomonas aeruginosa, 2) la capacité de ces bactéries à produire des sidérophores, facteurs de virulence majeurs permettant aux bactéries de capter le fer indispensable à leur prolifération, 3) des caractéristiques, notamment la capacité à former du biofilm mature, qui diffèrent selon l'espèce et l'origine des souches d'Achromobacter (environnementale, clinique : mucoviscidose ou non). Le sujet de Doctorat proposé s'inscrit dans la poursuite de ces travaux et comprend : 1- L'investigation de caractéristiques jusqu'alors inconnues des bactéries du genre Achromobacter avec : - la caractérisation des sidérophores produits : type et diversité des sidérophores produits selon l'origine des souches : environnementale ou clinique (mucoviscidose ou autre patient). Ces caractéristiques en termes de production de sidérophores seront reliées à la sensibilité / résistance des souches au céfidérocol, un antibiotique sidérophore afin de tester l'hypothèse d'une sensibilité accrue vis-à-vis de cet antibiotique des souches fortement productrices de sidérophores. - l'étude du protéome et de l'exoprotéome de souches d'Achromobacter mais aussi étude de leur évolution lors de la primocolonisation d'un patient (passage d'un mode de vie libre dans l'environnement à la niche pulmonaire humaine, phase d'adaptation initiale) puis de la persistance (évolution au cours de plusieurs années de colonisation, mécanismes d'adaptation au long cours). - la caractérisation des capacités d'adhésion de souches d'Achromobacter d'origines diverses et l'étude de l'effet d'antibiotiques sélectionnés pour leur utilisation chez les patients sur cette phase précoce de la formation du biofilm encore appelée antibiofilmogramme. - enfin, les capacités compétitives envers d'autres microorganismes très présents dans l'environnement mais également capables d'infecter certains patients dont ceux atteints de mucoviscidose seront étudiées via l'exploration des interactions entre les bactéries du genre Achromobacter et les champignons filamenteux du genre Aspergillus. 2- Parallèlement seront conduits des travaux afin de mieux caractériser l'habitat des différentes espèces d'Achromobacter et les communautés les hébergeant dans le but de mieux connaitre les sources de contamination des patients et les déterminants de la transmission environnement-patient. Pour cela, deux axes de travail sont envisagés : - l'analyse des métadonnées associées aux séquences déposées dans différentes bases de données : à l'heure actuelle des données génétiques et/ou génomiques sont disponibles dans ces différentes bases de données pour environ 1400 souches, l'analyse de cette information non accessible via l'étude de la littérature permettra une caractérisation la plus exhaustive possible, comparativement aux données actuellement disponibles, de la diversité génétique et des sources d'isolement des bactéries du genre Achromobacter et permettra donc d'accroître les connaissances sur l'habitat des différentes espèces et leur implication chez l'homme. - afin de mieux comprendre les déterminants de la transmission environnement-patient au cours de la mucoviscidose, nous souhaiterions également considérer les bactéries du genre Achromobacter au sein des communautés bactériennes dans lesquelles elles sont détectées. Pour ce faire, des analyses métagénomiques des communautés environnementales seront conduites (environnement proche du patient, environnement hospitalier et environnement communautaire distant du patient) et comparées à la communauté microbienne présente dans les voies respiratoires du patient afin de caractériser d'éventuels réseaux de cooccurrence de microorganismes permettant l'établissement durable d'Achromobacter au sein d'une communauté et favorisant ainsi l'exposition des patients à ces bactéries pathogènes opportunistes. Les résultats de ces différentes parties du Doctorat seront reliées aux données cliniques et thérapeutiques et viendront compléter les connaissances actuelles sur les bactéries du genre Achromobacter permettant de contribuer à une meilleure compréhension de leurs avantages sélectifs à l'origine de leur émergence en pathologie humaine et particulièrement chez les patients atteints de mucoviscidose.

The genus Achromobacter includes Gram-negative bacilli that are widely distributed in the environment, mainly water. They are also human pathogenic bacteria causing infections mainly in immunocompromised patients and cystic fibrosis (CF) patients. During CF, bacteria of the Achromobacter genus have the capacity to persist for many years in the respiratory tract of patients thanks to the development of numerous adaptive traits; they are currently considered as emerging pathogens in these patients. Within this bacterial genus, the identification of the different species requires specific methods which are not yet part of the routine methods used (amplification and sequencing of the nrdA gene, MultiLocus Sequence Typing approach). If A. xylosoxidans is described as the most frequently isolated species in clinical context, the specificities of the different species within the genus remain largely unknown, particularly in terms of habitat, adaptive capacities and pathogenicity, but also in terms of virulence factors and antibiotic resistance genes, in spite of some recent publications on less frequently identified species (A. mucicolens or A. insuavis for example). The work of the PHySE team on collections of Achromobacter strains of clinical and environmental origin has notably shown the diversity of adaptive processes of bacteria of this genus and for the first time: 1) specific competitive abilities of some Achromobacter strains towards other pathogens of environmental origin such as Pseudomonas aeruginosa, 2) the ability of these bacteria to produce siderophores, major virulence factors allowing the bacteria to capture the iron essential for their proliferation, 3) characteristics, including the ability to form mature biofilm, which differ according to the species and origin of Achromobacter strains (environmental, clinical: CF or not). The proposed PhD topic is a continuation of this work and includes: 1- Investigation of still little known characteristics of bacteria of the genus Achromobacter with : - characterization of the siderophores produced: type and diversity of siderophores produced according to the origin of the strains: environmental or clinical (CF or other patients). These characteristics in terms of siderophore production will be linked to the sensitivity/resistance of the strains to cefiderocol, a siderophore-producing antibiotic, in order to test the hypothesis of increased sensitivity to this antibiotic in strains with high siderophore production. - the study of the proteome and exoproteome of Achromobacter strains but also the study of their evolution during the primocolonization of a patient (passage from a free life style in the environment to the human pulmonary niche, initial adaptation phase) and then persistence (evolution during several years of colonization, long-term adaptation mechanisms). - the characterization of the adhesion capacities of Achromobacter strains of various origins and the study of the effect of antibiotics selected for their use in patients on this early phase of biofilm formation also called antibiofilmogram. - Finally, the competitive capacities towards other microorganisms that are very present in the environment but also capable of infecting certain patients, including those suffering from cystic fibrosis, will be studied via the exploration of interactions between bacteria of the genus Achromobacter and filamentous fungi of the genus Aspergillus. 2- In parallel, work will be carried out to better characterize the habitat of the different species of Achromobacter and the communities hosting them in order to better understand the sources of contamination of patients and the determinants of environment-patient transmission. For this, two lines of work are envisaged: - analysis of the metadata associated with the sequences deposited in different databases: at present, genetic and/or genomic data are available in these different databases for about 1400 strains. The analysis of this information, which is not accessible via the study of the literature, will allow the most exhaustive characterization possible, compared to the data currently available, of the genetic diversity and sources of isolation of bacteria of the genus Achromobacter and will therefore increase our knowledge of the habitat of the different species and their implication in humans. - In order to better understand the determinants of the environment-patient transmission during CF, we would also like to consider the bacteria of the genus Achromobacter within the bacterial communities in which they are detected. To do so, metagenomic analyses of the environmental communities will be conducted (environment close to the patient, hospital environment and community environment distant from the patient) and compared to the microbial community present in the patient's respiratory tract in order to characterize possible co-occurrence networks of microorganisms allowing the durable establishment of Achromobacter within a community and thus favoring the exposure of patients to these opportunistic pathogenic bacteria. The results of these different parts of the PhD will be linked to clinical and therapeutic data and will complete the current knowledge on bacteria of the genus Achromobacter allowing to contribute to a better understanding of their selective advantages at the origin of their emergence in human pathology and particularly in CF patients.