Influence de la rhizosphère sur l'expression des pompes à efflux RND et l'émergence de la résistance aux antibiotiques

Influence of the rhizosphere on the expression of RND efflux pumps and the emergence of multidrug resistance

• Auteur / Autrice : Olwen Simenel
• Direction : Josselin Bodilis, Sylvie Nazaret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moleculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 21/06/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de glycobiologie et matrice extracellulaire végétale (Mont Saint-Aignan (Seine-Maritime) ; 2009-....) - Laboratoire de Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Azeddine Driouich
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Josselin Bodilis, Sylvie Nazaret, Azeddine Driouich, Marie Simonin
• DOI : 10.70675/9e8f13fezb810z45a7z981fzed861c789511

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhizosphère

Résistance aux antibiotiques

Pompes d'efflux

Mots clés libres

Rhizosphère

Pompes RND

Résistance aux antibiotiques

Rhizosphere

RND Pumps

Antibiotic Resistance

Résumé

Les pompes RND sont une superfamille de pompes à efflux, dont les trois familles principales, HAE-1, NFE et HME, expulsent des substrats spécifiques comme des molécules organiques ou des métaux. En particulier, les pompes de la famille HAE-1, sont un facteur important de multi-résistance aux antibiotiques chez bactéries opportunistes comme Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia ou Burkholderia cenocepacia responsables d’infections nosocomiales et communautaires. Ces pompes sont largement distribuées dans le monde bactérien notamment les espèces à Gram négatif et ont des fonctions physiologiques plus larges que la résistance aux antibiotiques en permettant l’efflux de diverses molécules toxiques auxquelles les bactéries peuvent être exposées dans leur habitat d’origine (tube digestif, plante, sol, eau). Afin de mieux comprendre le rôle de ces pompes HAE-1 dans la colonisation de la rhizosphère, nous avons analysé la diversité, la distribution et l’expression des gènes codant ces pompes, en utilisant des approches phylogénétiques et multi-omiques. Nous avons ainsi montré que les gènes codant les pompes HAE-1 sont plus abondants dans les génomes des bactéries pathogènes opportunistes, mais également chez les bactéries vivant dans la rhizosphère des plantes. Une analyse comparée des métagénomes et métatranscriptomes de rhizosphère et de sol a permis de mettre en évidence un enrichissement ainsi qu’une surexpression de ces pompes dans la rhizosphère par rapport au sol brut. Cette observation pourrait être liée à la présence dans la rhizosphère de métabolites sécrétés par des plantes pouvant induire l’expression de pompes. Des travaux préliminaires sur S. maltophilia nous ont permis de montrer que des métabolites végétaux sécrétés dans la rhizosphère induisent des pompes HAE-1 impliquées dans la résistance aux antibiotiques. L’ensemble des travaux suggèrent que l’environnement rhizosphérique favoriserait l’émergence de la multi-résistance aux antibiotiques chez les bactéries pathogènes opportunistes qui y vivent, via les pompes HAE-1.

The RND efflux pumps are a superfamily of efflux pumps, of which the three main families, HAE-1, NFE and HME, extrude specific substrates such as organic molecules or metals. In particular, the HAE-1 pumps, are an important factor of multidrug resistance in opportunistic pathogenic bacteria such as Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia or Burkholderia cenocepacia, which cause nosocomial and community infections. These pumps are widely distributed in the bacterial world especially in Gram-negative bacteria, and they have physiological functions wider than antibiotic resistance by extruding diverse toxic molecules that bacteria can be exposed to in their original environment (gastrointestinal tract, plant, soil, water). In order to better understand the role of these HAE-1 pumps in the colonization of the rhizosphere, we analyzed the diversity, the distribution and the expression of the genes coding these pumps, using phylogenetic and multi-omics approaches. Thus, we showed that the genes coding HAE-1 efflux pumps are more abundant in genomes of opportunistic bacteria, but also in rhizosphere bacteria. A comparative analysis of metagenomes and metatranscriptomes of rhizosphere and soil allowed us to find an enrichment and an overexpression of these pumps in the rhizosphere compared to bulk soil. This observation could be linked to the presence in the rhizosphere of metabolites secreted by plants, that can induce the expression of efflux pumps. Preliminary work on S. maltophilia allowed us to show that some plant metabolites secreted in the rhizosphere induce HAE-1 pumps involved in antibiotic resistance. Overall, these works suggest that the rhizospheric environment favors the emergence of multidrug resistance in opportunistic pathogenic bacteria that inhabit it, through the HAE-1 pumps.