Réservoir environnemental, persistance et succès épidémiologique des populations de Pseudomonas aeruginosa dans un hôpital

par Abdouchakour Fatima

Thèse de doctorat en Ecologie de la santé

Sous la direction de Estelle Bilak et de Fabien Aujoulat.

Soutenue le 05-04-2016

à Montpellier , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec HydroSciences (Montpellier) (laboratoire) .

Le président du jury était Houria Rhaissi.

Le jury était composé de Estelle Bilak, Fabien Aujoulat, Benoît Cournoyer, Christine Roques, Sophie Gaudriault.

Les rapporteurs étaient Benoît Cournoyer, Christine Roques.


  • Résumé

    Pseudomonas aeruginosa est un pathogène d’origine environnementale capable de croître et de persister dans les systèmes de distribution d’eau et la plomberie. A l’hôpital, la fréquence des infections et épidémies associées aux soins dues à P. aeruginosa soulève de nombreuses questions quant à son cycle de transmission à l’homme dans l’environnement hospitalier. La situation épidémiologique du Centre Hospitalier Régional Universitaire de Montpellier a permis d’établir une collection de 730 souches de P. aeruginosa isolées durant une période de 9 ans. Cette collection est représentative des différentes niches environnementales et de deux périodes épidémiologiques marquées. Les souches cliniques impliquées dans des phénomènes épidémiques et des infections graves ont aussi été collectées. L’analyse génétique et phénétique de cette collection a pour objectif de mieux comprendre la structure, la dynamique et la persistance des populations de P. aeruginosa dans divers réservoirs environnementaux hospitaliers ainsi que les relations entre les réservoirs environnementaux et le succès épidémiologique des populations de P. aeruginosa.L’analyse intégrée des données obtenues dans les trois parties de cette étude convergent vers les résultats principaux suivants. Les réservoirs environnementaux médico-technologiques présentent une forte dynamique avec des phénomènes d’émergence clonale en relation avec les traitements réalisés sur les réseaux. A l’échelle d’un hôpital, le réservoir environnemental est directement impliqué dans les phénomènes épidémiques. La rupture du cycle homme/environnement par des barrières physiques conduit à un changement de situation épidémiologique avec une limitation de l’importance et de la fréquence des épidémies clonales. De plus, les souches les plus ubiquitaires et les plus persistantes dans l’environnement correspondent aux génotypes à fort risque épidémique local et mondial ou clones EHR (Epidemic High Risk). La structure de population de P. aeruginosa au sein de l’hôpital est similaire à celle de la population mondiale ou à celle décrite dans d’autres études : une structure épidémique avec la recombinaison qui a un effet prépondérant sur l’émergence des lignées. Le clone EHR majoritaire ST308 est plus résistant aux antibiotiques que les clones prévalants dans l’hôpital mais non impliqués dans des épidémies. Toutefois, la caractérisation de 46 souches du clone EHR majoritaire, ST308, montre une extrême variabilité au sein du génotype avec, en particulier, des comportements divers en termes de résistance aux antibiotiques. La forte capacité de formation de biofilm et la faible motilité décrites dans la littérature comme caractéristique des clones EHR ne sont pas observées dans cette étude. Notre principale hypothèse est que le succès épidémique du clone EHR ST308 dans l’hôpital est lié à sa diversité intraclonale plutôt qu’à un caractère particulier partagé par toutes les souches EHR.Ce travail apporte des arguments forts en faveur de l’implication des réservoirs environnementaux hospitaliers dans les épidémies d’infections associées aux soins dues à P. aeruginosa. Dans le but de mieux contrôler ces épidémies, les résultats de cette étude incitent à la surveillance des clones EHR de P. aeruginosa quel que soit leur profil de résistance aux antibiotiques et à mettre en place des mesures barrières entre l’environnement hydrique et le patient dès qu’un réservoir environnemental d’EHR se constitue.Mots clés : Pseudomonas aeruginosa, infections associées aux soins, épidémie, environnement, réseau d’eau, structure de population, clone à haut risque épidémique, résistance aux antibiotiques, biofilm, motilité, variabilité intraclonale, adaptation

  • Titre traduit

    Environnemental reservoir, persistance and epidemic succes of Pseudomonas aeruginosa populations in a hospital


  • Résumé

    Pseudomonas aeruginosa is an environmental pathogen that growths in water and plumbing systems. In hospital, the rate of healthcare associated infections (HAIs) and outbreaks caused by P. aeruginosa raised questions about the cycle of its transmission to human beings in the hospital environment. P. aeruginosa epidemiology at the Montpellier Academic Hospital allowed to collect 730 strains isolated over a 9-years period. This collection is representative of various environmental niches and two marked epidemiological periods. Clinical strains involved in outbreak events and serious infections were also included in the study. Genetic and phenetic analysis were performed with the aim to understand structure, dynamics and persistence of P. aeruginosa populations in various hospital reservoirs as well as the relationships between environmental reservoirs and epidemic success of P. aeruginosa.The experimental study, organized in 3 parts, produced the following major results. Medical and technological reservoirs of P. aeruginosa are highly dynamic and clonal emergence occurs in these systems, particularly in relation with networks decontamination by biocides. At the hospital scale, environmental reservoirs are directly involved in outbreak events. Physical barriers between water and patients cut the cycle of transmission from environment to human and markedly changed the epidemiology with a decrease of outbreaks in frequency and incidence. Moreover, the most ubiquitary strains that also persists in environment correspond to Epidemic High Risk (EHR) clones that succeed locally and globally. Population structure of P. aeruginosa within the hospital is similar to the worldwide population or to more local populations previously described: an epidemic structure with a background of recombinations involved in lineages emergence. The major EHR clone ST308 is more resistant to antibiotics than other prevalent clones not involved in outbreaks. However, the study of 46 strains in ST308 showed extreme within genotype variability, particularly various behaviours against antimicrobial agents. Increased ability to form biofilm and decreased motility have been described in literature as specific traits of EHR clones but it is not observed in this study. Our main hypothesis is that epidemic success of EHR clone ST308 in the hospital was linked to its diversity and versatility rather than to specific characters shared by all EHR strains.This study provides strong arguments in favour of the involvement of P. aeruginosa environmental reservoirs in HAI outbreaks. For a better control of these outbreaks, a surveillance of EHR clones of P. aeruginosa should be implemented independently to their antibiotic resistance. Moreover, barriers between environment and patient should be established as soon as an environmental reservoir of EHR clone is detected.Key words : Pseudomonas aeruginosa, Healthcare Associated Infections, outbreak, environment, water network, population structure, epidemic high risk clone, resistance to antibiotics, biofilm, motility, intraclonal variation, adaptation


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