Staphylococcus aureus adaptation to antimicrobials targeting Fatty Acid Synthesis II (FASII)

Adaptation de Staphylococcus aureus à des antimicrobiens ciblant la voie de synthèse des acides gras (FASII)

• Auteur / Autrice : Claire Morvan
• Direction : Alexandra Gruss
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 07/12/2015
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas) - Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Claire Poyart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandra Gruss, Claire Poyart, Emmanuelle Bouveret, William Kelley, Angelika Grundling
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuelle Bouveret, William Kelley

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acides gras

Résistance aux antibiotiques

Staphylocoque doré

Mots clés libres

Staphylocoque doré

Acides gras

Résistance

Membrane

Antibiotiques

Infection

Staphylococcus aureus

Fatty Acids

Resistance

Membrane

Antibiotics

Infection

Résumé

Staphylococcus aureus est une bactérie pathogène responsable de nombreuses infections communautaires et nosocomiales contre laquelle il est indispensable d'envisager de nouvelles stratégies de traitements du fait de l'émergence de résistances aux antibiotiques. La synthèse bactérienne des acides gras (FASII Fatty Acid Synthesis II) fut proposée comme une nouvelle cible. Cependant, malgré l'enthousiasme suscité par cette approche, sa réalisation est compromise car de nombreux pathogènes à Gram positif peuvent utiliser des acides gras de l'hôte rendant ainsi la voie FASII non essentielle à la croissance bactérienne in vivo. Cependant le statut de S. aureus était encore controversé.S. aureus peut contourner l'inhibition de la voie FASII par deux stratégies. La première consiste à muter des enzymes de l'initiation de FASII, facilitant l'incorporation d'acides gras exogènes. La peau de l'hôte, riche en FA et souvent colonisée par des staphylocoques pourrait constituer une niche favorable au développement de tels mutants lors de l'utilisation ectopique d'un anti-FASII. Nous avons recherché la présence de ce type de résistance dans des souches cliniques et montré que les FA augmentaient de 58% le taux de résistance dans un échantillonnage de 700 isolats. De plus, les substitutions facilitant le contournement de la voie FASII mise en évidence in vitro ont été retrouvées dans des isolats naturels. La seconde stratégie consiste en une adaptation non mutationnelle qui implique une phase de « dormance » après laquelle S. aureus s'est affranchi de sa voie FASII et est capable d'incorporer les FA. L'adaptation mutationnelle est stable alors qu'en l'absence de mutation, la résistance est réversible. Nous avons montré l'importance du stress cellulaire dans l'adaptation et une corrélation entre l'adaptation et des changements de l'enveloppe bactérienne. Enfin, nous avons réalisé une analyse RNAseq qui constituera une base de données utile à de futurs travaux. En conclusion, dans l'état actuel des connaissances, le traitement d'infections staphylococciques par des inhibiteurs de FASII n'est pas souhaitable car leur effet peut être contourné par mutation et/ou par adaptation. Cependant, il est possible qu'une combinaison entre un anti-FASII et d'autres cibles métaboliques ait un effet synergique.

Staphylococcus aureus is a major cause of hospital and community acquired infections of major concern due to the increasing rate of antibiotic resistance, making the development of new treatments a priority. One target actively developed over several years is the fatty acid (FA) synthesis (FASII) pathway. However, despite widespread publicity of this strategy, it is deeply compromised, as numerous Gram positive pathogens use exogenous FA, as available in the host, making FASII nonessential for growth in vivo. Nevertheless, the status of S. aureus remained controversial.The main result of this work is that S. aureus overrides FASII inhibition by two strategies: the first involves high frequency mutations in FASII initiation enzymes, which facilitate exogenous FA incorporation. Such mutants may be selected on skin when exposed to FASII inhibitors, as skin is often colonized by staphylococci and is FA-rich. We searched for the presence of such resistance in clinical isolates and found that FA increased resistance frequencies by 58 % in a screen of 700 clinical isolates. Importantly, the point substitutions allowing FASII bypass described in vitro are present among natural isolates. The second strategy involves adaptation without detectable mutation, in which S. aureus undergoes transient "dormancy", followed by a FASII-bypass-proficient state. Mutational adaptation is stable, whereas non-mutational adaptation is reversible. We demonstrated the importance of stress and found that FASII bypass is favored when stress is reduced. We showed that FASII bypass is accompanied by envelope changes and we performed an RNAseq analysis that will serve as a database for future studies. We conclude that in its present state, FASII inhibition is not a suitable strategy for treating staphylococcal infections, as a FASII block can be bypassed by mutation and/or adaptation. However, our data also suggest that major physiological changes during treatment may lead to essentiality of a different gene set, a finding that might be used to develop a combinatorial drug approach. We propose that anti-FASII drugs might be used in association with other antibiotics (to be identified) that could lead to a synergistic anti-S. aureus effect.