Détection à large spectre de pathogènes bactériens à l'aide de peptides antimicrobiens

par Éric Pardoux

Thèse de doctorat en Chimie biologie

Sous la direction de Yoann Roupioz et de Didier Boturyn.

Le président du jury était Philippe Bulet.

Le jury était composé de Yoann Roupioz, Souhir Boujday, Thierry Jouenne, Laurence Pagès.

Les rapporteurs étaient Souhir Boujday, Thierry Jouenne.


  • Résumé

    L’analyse microbiologique pour confirmer l’absence de bactéries dans des échantillons biologiques normalement sains, comme le sang, est une routine dans de nombreux laboratoires. En effet, la présence de bactéries dans le sang, appelée bactériémie, peut avoir des conséquences très graves, voire mortelles pour le patient. Le protocole standard pour la détection des bactériémies repose jusqu’ici sur l’enrichissement des échantillons sanguins prélevés sur les patients lors de l’hémoculture, afin d’obtenir une population suffisante pour analyse. La lenteur de ce procédé retarde ainsi de parfois plusieurs jours le diagnostic et donc l’adaptation du traitement antibiotique administré au patient. Ces dernières décennies, des techniques comme l’identification par spectrométrie de masse ou les analyses moléculaires, ont permis de diminuer le délai requis pour identifier les pathogènes en cause. Dans ce contexte, l’emploi de biocapteurs est également une alternative. Ce travail propose d’inclure des sondes à large spectre dans un capteur optique par imagerie SPR (résonance de plasmons de surface). Ce système est déjà développé pour la reconnaissance spécifique de pathogènes au cours de leur croissance dans le sang. Les nouveaux ligands proposés et évalués sont les peptides antimicrobiens (PAM). Ces courts peptides cationiques et amphiphiles, présentent l’avantage d’un large spectre d’interaction couplé à une haute stabilité (chimique, thermique et séchage) comparativement aux anticorps employés jusqu’ici. Leur immobilisation sur des prismes SPRI permet d’évaluer simultanément l’affinité de plusieurs PAM à la même souche bactérienne. Les biocapteurs ainsi préparés ont permis de détecter des souches pathogènes d’Escherichia coli et Staphylococcus aureus en milieu de culture simple, comme en plasma et en sang dilué au milieu d’hémoculture. Le système obtenu permet la détection des pathogènes présents à une concentration initiale de l’ordre de 1 UFC.ml-1, en moins de 24 heures et quel que soit le milieu. Enfin, la mise en place d’analyses statistiques multidimensionnelles a abouti à une classification cohérente des espèces ciblées en milieu simple, comme en sang. Ces résultats montrent le potentiel de ce système pour parvenir à développer un biocapteur à large spectre capable à la fois de détecter mais aussi d’identifier par affinité croisée des pathogènes bactériens.

  • Titre traduit

    Wide-spectrum biosensors based on antimicrobial peptides for the detection of pathogenic bacteria


  • Résumé

    Microbiological analysis to confirm the absence of bacteria in normally sterile biological samples, such as blood, is routine in many laboratories. The presence of bacteria in blood, called bacteremia, can have very serious, and even fatal consequences for the patient. So far, the standard protocol for their detection has been based on the enrichment of blood samples collected from patients, thanks to blood culture, in order to obtain a sufficient population for analysis. These procedures are time consuming which sometimes lead to delays in diagnosis and subsequent adaptation of antibiotic treatments by several days. In recent decades, techniques such as mass spectrometry identification or molecular analyses have reduced the time required to identify the pathogens involved. In this context, the use of biosensors is another promising alternative. This work proposes to include wide spectrum probes in an optical sensor using SPR imaging (surface plasmon resonance). This system is already developed for the specific recognition of pathogens during their growth in the blood. The new ligands we propose to evaluate are antimicrobial peptides (AMP). These short, cationic and amphiphilic peptides have the advantage of having a broad spectrum of interaction with bacteria, coupled with high stability (chemical, thermal and drying), especially compared to the antibodies used so far in this technique. Their immobilization on SPRI prisms allows the simultaneous evaluation of the affinity of several AMP to the same bacterial strain. The biosensors based on AMP were able to detect pathogenic strains of Escherichia coli and Staphylococcus aureus in simple culture medium, such as plasma and diluted blood in blood culture medium. The system obtained allows the detection of pathogens present at an initial concentration of about 1 CFU.ml-1, in less than 24 hours and in all assayed media. Finally, the implementation of multidimensional statistical analyses has resulted in a consistent classification of targeted species, in simple culture medium, such as blood. These results show the potential of this system to develop a wide-spectrum biosensor capable of both detecting and cross-referencing bacterial pathogens.


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