Mecanismes de resistance aux -lactamines : etudes des relations structure-fonction de la penicillin-binding protein 2x de streptococcus pneumoniae

par Nicolas Mouz

Thèse de doctorat en Sciences médicales

Sous la direction de Thierry Vernet.

Soutenue en 1999

à Grenoble 1 .

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  • Résumé

    Streptococcus pneumoniae est une bacterie pathogene dont la resistance aux antibiotiques de la famille des -lactamines est liee a une diminution de la sensibilite des penicillin-binding proteins (pbps) a ces molecules. Ces pbps sont des d,d-transpeptidases, enzymes essentielles a la viabilite des bacteries et impliquees dans la synthese de la paroi bacterienne. Pbp2x est une des premieres cibles modifiees chez les pneumocoques resistants aux -lactamines. L'objectif de ce travail de these a ete de comprendre, a un niveau moleculaire, quels etaient les mecanismes a la base de la perte de sensibilite aux -lactamines de pbp2x de s. Pneumoniae. Chez les pneumocoques resistants aux -lactamines le domaine transpeptidase de pbp2x presente un nombre important de substitutions d'acides amines, compare a celui provenant de souches sensibles. Un nombre limite de ces changements doivent etre responsables de la baisse d'affinite pour les $$-lactamines. Nous avons identifie quelques positions, proches de la serine 337 du site actif, mutees uniquement au sein de pbp2x isolees de souches resistantes. Ces residus definissent deux groupes dont nous avons analyse le role par mutagenese dirigee. Les mutations ont ete introduites dans la region soluble extracellulaire de pbp2x de s. Pneumoniae sensible aux -lactamines (s-pbp2x*), exprimee dans escherichia coli. Le premier groupe de residus appartient au brin 3. La structure cristallographique a haute resolution d'un complexe s-pbp2x*/cefuroxime montre que le brin 3 est en contact direct avec l'antibiotique. La position 552 est souvent mutee dans pbp2x de s. Pneumoniae isolee en milieu hospitalier, tandis que la position 550 est preferentiellement substituee dans les mutants de laboratoire selectionnes par une seule cephalosporine. Nous avons trouve que la mutation 552 dans s-pbp2x* reduisait l'efficacite d'acylation de la proteine pour la penicilline g et le cefotaxime tandis que la mutation en position 550 diminuait l'efficacite d'acylation seulement pour le cefotaxime. Ainsi, la position et la nature des substitutions des residus se trouvant sur le brin 3 de pbp2x affectent la specificite d'interaction des mutants avec la penicilline g et/ou le cefotaxime. Le second groupe inclut des residus qui ne sont pas en contact direct avec l'antibiotique et qui definissent une cavite enfouie contenant une molecule d'eau structurale. Les chaines laterales des residus 338 et 571 sont liees a cette molecule d'eau dans les formes sensibles de pbp2x. La mutagenese dirigee des positions 338 et 571 produit des mutants similaires, en terme d'affinite aux -lactamines et d'hydrolyse de substrats, aux pbp2x produits par des souches resistantes isolees en milieu clinique. Une mutation inverse dans un variant pbp2x issu d'une souche resistante clinique provoque des effets opposes, c'est a dire une augmentation de l'efficacite d'acylation des -lactamines et de l'hydrolyse des analogues de substrat. Ces resultats suggerent que la perte partielle ou totale de la molecule d'eau decrite ci-dessus pourrait moduler la reactivite de la serine active. La baisse de cette reactivite resterait compatible avec la synthese du peptidoglycane mais reduirait la sensibilite des bacteries aux concentrations therapeutiques d'antibiotiques. La combinaison des substitutions des deux groupes de mutations provoque une reduction de sensibilite aux -lactamines a un niveau comparable a celui mesure pour les pbp2xs issues de souches resistantes isolees en milieu clinique. Nos resultats montrent qu'un faible nombre de mutations suffit pour convertir un pbp2x sensible aux -lactamines en une molecule resistante. Cette etude illustre aussi la diversite des mecanismes moleculaires mis en jeu pour aboutir a la resistance, qui impliquent des residus en contact ou non avec l'antibiotique.


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  • Détails : 104 p.
  • Annexes : 125 ref.

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