Exploration de l'adaptation de Pseudomonas aeruginosa en biofilm : rôle dans l'échec des traitements antibiotiques

Pseudomonas aeruginosa adaptation in biofilm : impact in antibiotic failure

• Auteur / Autrice : Anaïs Soares
• Direction : Manuel Étienne, François Caron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la sante
• Date : Soutenance le 04/10/2019
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche sur l'adaptation microbienne (Rouen ; Caen ; 1998-2021)
• Jury : Président / Présidente : Geneviève Héry-Arnaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Lebeaux, Fany Reffuveille
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katy Jeannot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adaptation

Bactéries

Résistance aux antibiotiques

Ciprofloxacine

Biofilms

Pseudomonas aeruginosa

Mots clés libres

Biofilm

Pseudomonas aeruginosa

Ciprofloxacine

Persistance

Réponse stringente

Small Colony Variants

Biofilm

Pseudomonas aeruginosa

Ciproflaxin

Persistence

Stringent response

Small Colony Variants

Résumé

Les infections en biofilm, notamment de dispositifs médicaux, mettent fréquemment en échec les traitements antibiotiques, imposant le retrait du matériel. Pseudomonas aeruginosa s’est imposé comme le pathogène-type des infections en biofilm. Pour explorer les déterminants de l’échec du traitement antibiotique en biofilm, un modèle de biofilm in vitro à P. aeruginosa exposé à des doses supra-inhibitrices d’antibiotiques a été développé. En culture planctonique, une bithérapie deciprofloxacine et d’amikacine permettait de prévenir la sélection de mutants résistants pour des souches de P. aeruginosa de sensibilité diminuée à la ciprofloxacine ou à l’amikacine par surexpression d’efflux. En biofilm, l’association de la ciprofloxacine et de l’amikacine, administrées simultanément ou séquentiellement, n’était pas supérieure aux monothérapies, permettant une réduction bactérienne, mais pas d’éradication complète du biofilm. Quelles que soient les souches (sauvages ou exprimant un efflux) et l’antibiotique, l’échec microbiologique en biofilm était lié à la sélection de cellules persistantes, tolérantes aux antibiotiques. La ciprofloxacine induisait des modifications importantes de la structure du biofilm avec une réduction considérable des exopolysaccharides, composants majeurs de la matrice. L’étude transcriptomique de gènes potentiellement impliqués dans la persistance suggérait que l’activation précoce de la réponse stringente pourrait être une des voies principales de la tolérance en biofilm sous ciprofloxacine. Enfin, la présence de « small colony variants » au sein du biofilm, dotés d’une capacité accrue de formation de biofilm, témoignait de la diversité des populations en biofilm. Ces travaux participent ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes d’échappement aux antibiotiques de P. aeruginosa en biofilm.

Biofilm device-related infections can lead to antibiotic failure requiring frequent removal of medical device. Pseudomonas aeruginosa has emerged as the typical pathogen for biofilm infections. To explore the determinants of antibiotic failure in biofilm, an in vitro P. aeruginosa biofilm model exposed to suprainhibitory antibiotic concentrations was developed. In planktonic culture, the ciprofloxacin and amikacin combination prevented the selection of resistant mutants in ciprofloxacin and amikacinlow-level resistant P. aeruginosa strains overexpressing efflux. In biofilm, the ciprofloxacin and amikacin combination, used simultaneously or sequentially, didn’t show superior effects compared to monotherapies. Despite an initial bacterial reduction, biofilm eradication was not obtained. Regardless of wild-type or efflux strains and antibiotic regimen used, antibiotic failure was related to the selection of antibiotic-tolerant cells named “persisters”. Ciprofloxacin induced significant alterations in the biofilm structure, notably a considerable reduction in the exopolysaccharides of the matrix. The transcriptomic analysis of genes, potentially involved in persistence, suggested that early activation of the stringent response might be one of the main pathways for ciprofloxacin tolerance in biofilm. Finally, the emergence of "small colony variants" within the biofilm, characterized by enhanced ability to form biofilm, attested to biofilm heterogeneity. This work therefore contributes to a better understanding of how P. aeruginosa biofilms escape antibiotic.