Ecole Doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant

Ecole Doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (SSBCV)
Directeurs : Philippe Roingeard & Luigi Agrofoglio
1. Titre de la thèse : Transfert génétique horizontal, diffusion et persistance de la
résistance aux antibiotiques
2. Informations administratives :
Nom de l’encadrant responsable de la thèse : Axel Cloeckaert
Nom du co-encadrant : Benoît Doublet (HDR prévue pendant cette thèse)
Unité : INRA, UR1282, Infectiologie Animale et Santé Publique
Equipe : Plasticité Génomique Biodiversité Antibiorésistance
Email de l’encadrant : [email protected] et [email protected]
3. Résumé :
La résistance aux antibiotiques est un problème majeur en santé publique qui devient de plus
en plus inquiétant notamment avec l’accroissement de la multirésistance des bactéries
pathogènes humaines et animales, ainsi que l’émergence rapide de nouvelles résistances à des
antibiotiques récents utilisés comme molécules thérapeutiques de premier choix.
L’accroissement de la multirésistance aux antibiotiques des bactéries pathogènes zoonotiques
est directement lié à "l’arsenal génétique" dont disposent ces bactéries pour acquérir et
diffuser les gènes de résistance. En effet, l’acquisition de gènes de résistance est largement
favorisée lorsque ces gènes sont portés par des éléments génétiques mobiles. La diffusion des
mécanismes de résistance par les éléments génétiques mobiles capables d’être échangés entre
de nombreux genres bactériens joue un rôle déterminant dans le développement de la
résistance aux antibiotiques.
Nous proposons dans le cadre de ce projet de thèse d’explorer le champs thématique bien
souvent négligé concernant le maintien et la persistance des supports génétiques mobiles de la
résistance aux antibiotiques dans les populations bactériennes et en particulier les
déterminismes génétiques responsables de la stabilité des îlots génomiques/plasmides de
résistance (hors pression de sélection-antibiotique).
L’îlot génomique SGI1 (Salmonella Genomic Island 1) identifié chez Salmonella enterica et
Proteus mirabilis est responsable de multiples résistances aux antibiotiques, incluant des
résistances à des molécules récentes utilisées comme thérapeutique de premier choix. Depuis
sa première identification au Royaume-Uni dans les années 80, SGI1 a connu un succès
épidémique dans le monde entier. Ces particularités fonctionnelles en font un modèle d’étude
de choix. L’acquisition de tels îlots génomiques impliqués dans la résistance et/ou la virulence
joue un rôle majeur dans l’évolution bactérienne en tant que mécanisme générateur de
biodiversité et d’adaptation. Notre groupe a largement participé à l’étude de la diversité, de la
plasticité et du transfert horizontal de SGI1.
Ecole Doctorale « SSBCV »
Site Tours, 3 rue des Tanneurs, 37041 Tours Cedex
Tel 02 47 36 67 07 Fax 02 47 36 65 62
Les objectifs de la thèse sont donc d’identifier et de caractériser les fonctions de stabilité et
éventuellement d’incompatibilité en lien étroit avec le transfert horizontal des éléments
génétiques mobiles responsables de la diffusion de la résistance aux antibiotiques chez les
bactéries pathogènes zoonotiques majeures.
Le travail de thèse portera en premier lieu sur l’îlot génomique SGI1 pour lequel un nouveau
système Toxine-Antitoxine (module TA) potentiel a été récemment identifié in silico. La
méthodologie envisagée passe par des clonages indépendants de la toxine et de l’antitoxine
sur différents vecteurs permettant une expression inductible de la toxine et de l’antitoxine. S’il
s’avère que ces candidats soient bien un module TA, nous testerons également la capacité du
système à stabiliser un réplicon instable, cela sera réalisé à l’aide d’un plasmide à réplication
thermosensible. L’analyse de la persistance de l’îlot génomique SGI1 dépourvu de son
système TA sera également étudiée en fonction de diverses pressions de sélection antibiotique
(ou non). En collaboration avec le groupe de F. Olasz en Hongrie, nous avons observé une
surprenante stabilité de SGI1 malgré une excision significative du chromosome, ceci pendant
environ 350 générations et près de 16 000 clones testés. Ces résultats préliminaires suggèrent
fortement la présence d’un système “stabilisateur” sur SGI1.
Nous avons récemment démontré qu’il existait une relation particulière entre la mobilité de
SGI1 et les plasmides conjugatifs de multirésistance du groupe d’incompatibilité incA/C.
Paralèllement à la première partie de la thèse (module TA), cette intime dépendance de la
mobilité de SGI1 envers les plasmides “helper” du groupe incA/C sera abordée afin de
comprendre notamment le(s) phénomène(s) de compatibilité/incompatibilité entre un îlot
génomique mobilisable (SGI1) et le groupe de plasmides “helper”. En effet, nous avons
observé au cours des nombreuses expériences de transfert horizontal certaines difficultés à
faire “cohabiter” des plasmides incA/C et SGI1 au sein d’une même bactérie donneuse. Des
résultats préliminaires (F. Olasz) suggèrent un effet inducteur de la présence du plasmide
helper sur l’excision de SGI1 du chromosome. La contribution précise du plasmide helper
envers la mobilité de SGI1 ne semble donc pas se limiter uniquement à l’apport de la
machinerie de conjugaison et inversement SGI1 pourrait influencer le maintien/persistance
des plasmides incA/C desquels dépend pourtant sa mobilité.
Certaines familles de plasmides de multirésistance, notamment du groupe incA/C connaissent
actuellement un important succès épidémique largement supérieur à d’autres qui ne peut être
uniquement expliqué par la pression de sélection des antibiotiques. Ces plasmides véhiculent
les gènes de résistance aux antibiotiques récents de premier choix tels que les BLSE ( lactamase à spectre étendu). L’essor du “tout-séquencer” qui touche également ces plasmides
BLSE, va être d’une grande aide dans l’identification des facteurs génétiques pouvant
expliquer le succès de certains groupes de plasmides BLSE. Suite à une analyse in silico
approfondie, une démarche expérimentale similaire à celle menée pour SGI1 est envisagée sur
le(s) principa(l-ux) nouveau(x) système(s) d’addiction identifiés sur ces plasmides, afin de
décrypter les interactions fonctionnelles qui existent entre différents éléments transférables.
Ce travail permettra de comprendre en partie les raisons moléculaires pour lesquelles certains
îlots génomiques/plasmides de résistance aux antibiotiques connaissent un important succès
épidémique et éventuellement de fournir de nouvelles pistes à explorer pour lutter contre la
diffusion de la résistance aux antibiotiques. Nous disposons au sein de notre groupe et au
travers de différentes collaborations internationales de toutes les compétences et de
l’équipement nécessaire en bactériologie, biologie moléculaire et biochimie pour aborder avec
succès ce sujet de thèse.
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