Tesi sul tema "Mécanisme antibactérien"

L’objet de cette thèse est l’étude du mécanisme antibactérien de la dermaseptine B2 (Drs B2), peptide isolé de la peau de grenouille amazonienne du genre Phyllomedusa. Nous avons montré qu’elle induit une courbure positive de la membrane du fait de sa forte charge positive lors de son insertion, laissant présager la formation de pores toroïdaux. De plus, la flexibilité de la région N-terminale du peptide ainsi que le caractère hydrophobe, réparti en deux domaines séparés par un coeur hydrophile, sont indispensables à son adaptabilité et à son insertion dans le corps hydrophobe de la bicouche. Une étude comparative entre les PAM et les CPP a montré que ces deux familles peptidiques recrutaient préférentiellement des lipides membranaires chargés négativement à chaînes acyles courtes et insaturées. Par ailleurs, nous avons observé que la Drs B2 ne possédait pas la capacité à franchir les membranes des cellules de mammifère. La frontière entre ces deux familles peptidiques est à élucider.

Les microcines sont des peptides antimicrobiens de faible poids moléculaire synthétisés par les entérobactéries et impliqués dans les compétitions microbiennes du microbiote intestinal. La microcine E492 (MccE492) fut le premier peptide sidérophore décrit. En effet, cette microcine porte une modification post-traductionnelle originale apparentée aux sidérophores de type catécholate. Nous avons montré que l’entérobactine est un précurseur de la biosynthèse de la partie sidérophore de MccE492. De plus, deux gènes portés par le système génétique impliqué dans la biosynthèse de MccE492, mceC et mceD, se sont avérés indispensables pour l'acquisition de cette modification post-traductionnelle. Ces résultats nous ont permis d’établir un modèle de biosynthèse de MccE492. D’autre part, deux autres microcines, les microcines MccM et MccH47, ont été isolées et caractérisées. Celles-ci adoptent la même modification post-traductionnelle que MccE492. Ces trois microcines forment par conséquent une nouvelle famille, la famille des microcines sidérophores, agissant sur les bactéries cibles selon un mécanisme dit de « cheval de Troie ».

Dans l’environnement les bactéries ne vivent pas seules. Elles coopèrent, mais se mènent également une guerre pour la survie. Le système de sécrétion de type VI (T6SS) est l’un des acteurs principaux dans cette guerre antimicrobienne. Il permet la sécrétion, directement dans les cellules compétitrices, d’effecteurs antibactériens. Le T6SS est une structure macromoléculaire comprenant un complexe membranaire (MC) ancré à la membrane qui recrute et assemble une structure tubulaire contractile. Le tube interne est enfermé dans un fourreau contractile. Au sommet de cette structure se trouve la pointe perforatrice du système formée par un trimère de la protéine VgrG. Au contact d’une bactérie cible, le fourreau se contracte, entrainant la propulsion du tube interne, de la pointe perforatrice et des toxines dans la cellule cible. L’objectif de ma thèse était d’identifier les toxines sécrétées par le T6SS d’Escherichia coli entéro-agrégatif (EAEC) et de comprendre leur mécanisme de sécrétion. Nous avons caractérisé Tle1, un effecteur de type phospholipase A1, responsable de l’activité antibactérienne du T6SS-1 d’EAEC. Les cellules productrices se protègent de l’activité toxique de cet effecteur en produisant une protéine d’immunité, Tli1, qui est une lipoprotéine de membrane externe. Nous avons ensuite montré que Tle1 interagit directement avec l’extension C-terminale de la protéine VgrG. Cette interaction permet de sécréter Tle1 directement dans les bactéries cibles. Enfin, nous avons purifié et caractérisé ce complexe, déterminé les régions nécessaires à cette interaction et résolu la structure du complexe à basse résolution par microscopie électronique
Bacteria do not live alone in their environment; they cooperate but also compete for niches and resources. The Type VI secretion system (T6SS) is one of the key players in the bacterial warfare by delivering anti-bacterial effectors directly into competitor cells. The T6SS is a macromolecular structure: A membrane complex (MC) anchored in the envelope recruits an assembly platform for a contractile tail structure. The tail is a tube wrapped by a sheath and topped by a needle spike called VgrG. The tail assembles in an elongated conformation. Upon contact with a target cell, the contraction of the sheath propels the inner tube, the spike and the toxins toward target cells. The goal of my PhD work was to identify T6SS toxins and to understand how they are selected by the EAEC T6SS. We have characterized Tle1, an antibacterial effector with phospholipase A1 (PLA1) activity, responsible for the antibacterial activity of EAEC T6SS. Self-protection of the producing cell is assured by an outer membrane lipoprotein, Tli1. We further showed that Tle1 interacts directly with the C-terminal extension domain of VgrG to allow subsequent delivery into target bacteria. We succeeded to purify the complex and obtain a 3D model at low resolution of the complex by electron microscopy after negative staining. The toxin interacts with the tip of the needle spike to be transported from the producing cell to the target cell

Les hydroxydes doubles lamellaires (HDL) sont des composés solides constitués par un ensemble de feuilles d'hydroxydes métalliques divalents M(II) et trivalents M(III) entre lesquels s’insèrent des anions et des molécules d’eau. En raison de la flexibilité des HDL en termes de propriétés physico-chimiques, l’étude des différents mécanismes antibactériens qui leurs sont associés présente un intérêt croissant. Ce travail de thèse vise à étudier différentes hypothèses proposées pour explique l'effet antibactérien des hydroxydes doubles lamellaire (HDL) à base de zinc : (1) interactions directes entre la surface des HDL et les parois bactériennes, (2) libération d'ions métalliques divalents en solution depuis les feuillets des HDL, (3) génération d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). Lors d’une première étude, une investigation globale a été réalisée pour déterminer les différents paramètres physico-chimiques influençant l'activité antibactérienne des HDLs M(II)Al(III) (M= Zn, Cu, Ni, Co, Mg). L'effet antimicrobien des HDLs contre les bactéries Gram-positives Staphylococcus aureus et Gram-négatives Escherichia coli a été corrélé en premier lieu à la nature du métal divalent, et en second lieu à la quantité d'ions M2+aq libérés dans le milieu de culture. Cet effet était plus prononcé pour les HDLs à base de Zn(II) possédant la plus forte activité antibactérienne et dont les propriétés antibactériennes dépendent du profil de libération des ions Zn2+aq (Mécanisme 2) contrôlée initialement par les différents paramètres physico-chimiques étudiés. De plus, rôle du contact direct (Mécanisme 2) a été validé pour les HDLs à base de Zn(II) en comparant l'activité antibactérienne d’HDLs de taille micrométrique contre S. aureus à celle des nanoparticules (NPs) d’HDL présentant un effet antibactérien supérieur. La présence d'interactions spécifiques entre les HDLs à base de Zn(II) et la paroi de S. aureus a été validée par microscopie à force atomique en mode spectroscopie de force (AFM-FS). L'amélioration des propriétés antibactériennes des NPs d’HDL à base de Zn(II) par la génération de ROS (Mécanisme 3) en présence de lumière UVA a également été évaluée. Après avoir fourni des preuves expérimentales sur les trois mécanismes suggérés, la contribution de chaque mécanisme dans l'activité antibactérienne des HDLs à base de Zn(II) a été déterminé
Layered double hydroxides (LDH) are solid compounds constituted by the stacking of divalent M(II) and trivalent M(III) metal hydroxide sheets separated by an interlayer of anions and water molecules. Due to the versatility of LDH in terms of their tunable physico-chemical properties, a growing interest arises for investigating their different antibacterial activity mechanisms. This thesis work aims at studying the different proposed hypotheses explaining the antibacterial effect of pristine zinc-based LDHs: (1) direct interactions between the surface of LDH and bacterial cell walls, (2) release of constituent divalent metal ions, (3) generation of reactive oxygen species (ROS). First a global investigation was performed to determine the different physico-chemical parameters influencing the antibacterial activity of pristine M(II)Al(III) LDHs (M= Zn, Cu, Ni, Co, Mg). The antimicrobial effect of LDHs against Gram-positive Staphylococcus aureus and Gram-negative Escherichia coli bacteria was linked in the first place to the nature of divalent metal itself, and to the amount of released M2+aq ions into the culture media in the second place. This effect was more easily identified in Zn(II)-based LDHs possessing the strongest antibacterial activity and whose antibacterial properties depended on their release profile of Zn2+aq ions (Mechanism 2) initially controlled by the different physico-chemical parameters. Moreover, the direct contact mechanism (Mechanism 1) was validated for Zn(II)-based LDHs by comparing the antibacterial activity of micron-sized LDHs against S. aureus to that of LDH nanoparticles (NPs) exhibiting a greater antibacterial effect. The presence of specific surface interactions between Zn(II)-based LDHs and the cell wall of S. aureus was further validated by atomic force microscopy-based force spectroscopy (AFM-FS). The enhancement of the antibacterial properties of Zn(II)-based LDH NPs by ROS generation (Mechanism 3) in presence of UVA light was also assessed. After providing experimental evidences about the three suggested mechanisms, the role of each mechanism contributing to the antibacterial activity of Zn(II)-based LDHs in different antibacterial tests assays was determined

Les peptides antimicrobiens (PAM) sont des effecteurs clés de l’immunité innée constituant une première ligne de défense contre les pathogènes. Ces peptides ont généralement un large spectre d’action antimicrobien et agissent efficacement et rapidement via un mécanisme membranolytique qui limite le développement de résistances. Face à l’émergence de microorganismes résistants, qui constitue un problème majeur de santé publique, les PAM représentent donc de bons candidats pour le développement thérapeutique d’agents anti-infectieux efficaces. Au cours de ma thèse je me suis intéressée aux PAM de la peau d’Amphibiens. Dans un premier temps, à l’aide d’approches biochimiques et de biologie moléculaire, nous avons identifié 5 précurseurs potentiels de PAM à partir de la grenouille Trachycephalus resinifictrix, dont deux précurseurs de cathélicidines, deux précurseurs similaires à ceux des “PAM/opioïde“ (T. venulosus) et un précurseur similaire à celui des hylareleasines (Hyla simplex). Dans un deuxième temps, je me suis intéressée à différentes temporines SH, de petits PAM précédemment identifiés par notre équipe à partir de la grenouille Pelophylax saharicus. Une étude a été menée pour établir les relations structure-fonction de la temporine-SHf, un PAM linéaire d’Amphibien considéré aujourd’hui comme le plus petit (8 résidus). Les résultats obtenus ont permis d’identifier plusieurs analogues dont l’index thérapeutique est fortement amélioré. D’autre part, le mécanisme d’action antimicrobien de la temporine-SHa et de ses analogues a été approfondi. Nous avons démontré que les temporines agissent rapidement via un mécanisme membranolytique entrainant la rupture de la membrane bactérienne (effet détergent). Contre les formes promastigotes du parasite Leishmania, le mécanisme primaire des temporines est également membranolytique mais cependant, une apoptose des parasites est observée à des concentrations de peptides plus élevées. Enfin, la temporine-SHe, qui restait non caractérisée, a été étudiée structuralement et fonctionnellement grâce à des techniques biophysiques couplées à des techniques biologiques. Comme la temporine-SHa, ce PAM possède un spectre d’action large incluant également le parasite Leishmania. L’ensemble des résultats indique que les temporines pourraient servir de composés chefs de file pour la conception d’une nouvelle classe thérapeutique d’anti-infectieux
Antimicrobial peptides (AMPs) are key effectors of innate immunity that provide a first line of defense against pathogens. These peptides typically have broad-spectrum antimicrobial activity and act rapidly and efficiently through a membranolytic mechanism that limits the development of resistance. With the emergence of resistant microorganisms, a major public health concern, AMPs therefore represent good candidates for the therapeutic development of new and valuable compounds. During my thesis, I focused on AMP from amphibian skin. Firstly, five potential AMP precursors were identified from the frog Trachycephalus resinifictrix using a combined biochemical /molecular biology approach. Among these, two correspond to cathelicidin precursors, two were similar to the “AMP/opioid“ precursors (T. venulosus), and one was similar to hylareleasin precursors (Hyla simplex). Secondly, I was interested in temporins SH, small AMPs previously isolated from the frog Pelophylax saharicus by our team. We performed structure-activity relationship studies on temporin-SHf, the smallest linear amphibian AMP known to date (8 residues). This allowed us to identify several potent analogs with a higher therapeutic index. Furthermore, we also thoroughly studied the mechanism of action of temporin-SHa and its analogs. We showed that temporins act rapidly through a membranolytic mechanism, leading to bacterial membrane disruption (detergent-like effect). For Leishmania promastigotes, the same membranolytic mechanism was observed with also a temporin-induced apoptosis that takes place at higher peptide concentrations. Finally, biophysical and biological techniques enabled us to structurally and functionally characterize temporin-SHe. Like temporin-SHa, this peptide displayed a broad-spectrum activity including Leishmania. Our results indicate that temporins could serve as lead compounds to develop a new class of therapeutic anti-infective peptides

Le Nicotinamide Adénine Dinucléotide (NAD) est un cofacteur clé du métabolisme cellulaire. Synthétisé à partir d'acide quinolinique (QA) chez tous les organismes vivants, la biosynthèse du QA diffère entre les eucaryotes et les procaryotes. Chez les eucaryotes, il est produit à partir de L-tryptophane alors que chez les procaryotes et les plantes, il est synthétisé par l'action concertée de deux enzymes: la L-aspartate oxydase (NadB) qui permet la formation d'iminoaspartate (IA) à partir de L-aspartate et la quinolinate synthase (NadA) qui permet la condensation de deux molécules, la dihydroxyacétone-phosphate (DHAP) et l'iminoaspartate, pour former l'acide quinolinique. En plus de cette voie dite « de novo », la plupart des organismes possèdent une voie de secours qui produit le NAD à partir de niacine provenant de l'alimentation ou de la dégradation du NAD. Chez certains pathogènes tels que Mycobacterium leprae et Helicobacter pylori, cette voie de secours n'existe pas. Ceci fait de NadA une cible particulièrement attractive pour la conception d'antibactériens et ceci d'autant plus qu'elle est absente chez l'homme.NadA est la seule enzyme de la voie de biosynthèse de novo du NAD dont le mécanisme moléculaire et la structure tridimensionnelle sous forme active (avec son centre [4Fe-4S]2+) sont inconnus. Grâce à l'utilisation d'analogues de substrats ou d'intermédiaires réactionnels, nous avons pu non seulement avancer dans l'élucidation du mécanisme moléculaire de NadA et notamment dans la compréhension du rôle du centre [4Fe-4S]2+ dans la catalyse mais en plus, nous avons été en mesure de proposer un 1er inhibiteur in vitro et in vivo de NadA : l'acide 4,5 Dithiohydroxyphtalique (DTHPA). Le DTHPA nous a fourni de bonnes bases pour la conception d'inhibiteurs puissants et spécifiques de NadA grâce à une étude Structure-Activité. Par ailleurs, nous avons résolu la 1ère structure aux rayons X de NadA sous forme holoprotéine dont les données structurales nous ont grandement aidé dans la compréhension du mécanisme de NadA
The Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD) is a key cofactor essential for cellular metabolism. Synthesized from quinolinic acid (QA) in all living organisms, NAD biosynthesis is different between eucaryotes and procaryotes. Indeed, most of eukaryotes produce QA from L-tryptophan, whereas most of prokaryotes and plants synthesize QA by the concerted action of 2 enzymes: L-aspartate oxydase (NadB), an FAD enzyme, which catalyzes L-Aspartate oxidation to form iminoaspartate (IA) while quinolinate synthetase (NadA) allows condensation between IA and Dihydroxyacetone Phosphate (DHAP) to produce QA. Besides this « de novo » pathway, most eukaryotes and some bacteriae have a salvage pathway which allows NAD synthesis from nutrients and metabolites of NAD degradation in order to maintain a correct pool of NAD in the cell. However, some pathogens like Mycobacterium leprae, Helicobacter pylori do not possess this pathway. As a consequence, NadA represents a very attractive target for designing specific antibacterial agents since it does not exist in Human.NadA is the only metalloenzyme of NAD de novo biosynthesis whose molecular mechanism and tridimensional structure with its [4Fe-4S]2+ cluster are unknown. Using substrate and intermediate analogues, we have been able to understand better NadA mechanism, especially [4Fe-4S]2+ cluster role in catalysis. Moreover, we proposed the first in vitro and in vivo inhibitor of NadA : the 4,5 Dithiohydroxyphtalic Acid (DTHPA) which gave us basis to design powerful and specific NadA inhibitors thanks to a structure-activity relationship study. Besides, we resolved the first X-rays structure of NadA under its holoprotein form. Datas we extracted from it helped us greatly to understand NadA mechanism

Au cours de ces dernières années de nombreux peptides possédant des propriétés antimicrobiennes ont été isolés aussi bien dans le monde végétal qu'animal. Ces peptides présenteraient une première ligne de défense entre l'organisme et le parasite. Le mucus épidermique de poisson est souvent décrit comme participant à cette lutte, comme le montre la présence de nombreuses substances appartenant au système immunitaire (IgM, le lyzosime,. . . ). Dans cette étude, réalisée sur le mucus épidermique de 4 poissons (anguille, tanche, truite, turbot), il a été montré que la partie non-soluble du mucus possédait des propriétes formeur de pores, qui ont pu être corrélées avec une forte activité antibactérienne. La purification de cette fraction a permis d'isoler des protéines de 49, 47, 28 et 26 kDa pour la tanche (T49, T47, T28, T26), de 45 kDa pour l'anguille (A45) et de 65 kDa pour la truite (Tr65). Toutes ces protéines induisent la formation de canaux ioniques lors de leur reconstitution dans des BLP. Leur insertion massive dans la BLP se traduit par l'apparition d'un grand état ouvert (>1000 pS dans KCl 1M) sur lequel des fluctuations de conductances plus faibles sont ensuite observées. Des tests antibactériens menés avec chacune de ces protéines a permis de déterminer des CMI < 1microM contre les bactéries Gram- et Gram+. Une étude de la structure secondaire a permis de montrer que ces protéines présentaient principalement une structure aléatoire et en hélice. Toutes ces protéines sont des glycoprotéines porteuses d'acides sialiques (exceptée la glycoprotéine A45). Un séquençage de la partie N-terminale a été réalisé mais seules les séquences de T26 et T28 ont pu être déterminées car les autres sont bloquées sur leur partie N-terminale. Une digestion enzymatique des Tr65 et A45 a permis d'accéder à des fragments de leur séquence et la recherche d'homologie a montré que ces 4 protéines présentent des homologies avec la protéine ON3 (Carassius auratus) et la cytokératine S (Oncorrhynchus mykiss). L'utilisation de ces fragments protéiques a permis de synthétiser des amorces nucléotiques nécessaires pour extraire le gène de Tr65.

La famille des plasticines se compose de peptides antibactériens issus de la peau de grenouilles arboricoles d’Amérique du Sud. Ces peptides se distinguent par une séquence riche en glycine et en leucine et par la présence de motifs GXXXG, connus pour favoriser les interactions entre hélices transmembranaires. Leur plasticité structurale permet peut expliquer les subtiles différences de propriétés biologiques ainsi que la versatilité fonctionnelle de ces peptides. En conséquence, pour mieux comprendre les mécanismes d’actions de ces peptides, trois axes ont été développés, (1) études des activités biologiques et multifonctionnalité des plasticines, (2) évaluation des modes d’interactions et des perturbations membranaires et (3) études structurales et propriétés auto-associatives. Les différents résultats accumulés au cours cette thèse donnent un aperçu de la diversité des mécanismes aboutissant à une activité biologique sur la membrane d’une cellule cible.

Un récent rapport de l’OMS met en garde les autorités de santé sur l’émergence de résistances chez les bactéries et le développement de souches bactériennes multi-résistantes aux traitements antibiotiques actuels. La progression de ces phénomènes est dû à différents facteurs. L’environnement hospitalier concentre un usage important de traitements antibiotiques et représente ainsi un terreau favorable au développement de résistances chez les bactéries. Le staphylocoque doré, ainsi que sa souche résistante (SARM), s’avèrent problématiques et entraînent un grand nombre de maladies nosocomiales. Dans ce contexte, il est primordial de mettre au point de nouveaux agents antibactériens permettant de lutter contre ces bactéries. Les liquides ioniques (sels à point de fusion bas) démontrent d’importantes propriétés antibactériennes. Néanmoins les mécanismes de cet effet bactéricide n’ont pas encore été établis. Ainsi nous nous proposons, dans un premier temps, de synthétiser des liquides ioniques di-cationiques afin d’étudier les différents facteurs structuraux qui régissent leur activité antibactérienne. Dans un second temps, nous concevrons des liquides ioniques à base de phosphoniums fonctionnalisés avec une sonde fluorescente. En exploitant les propriétés spectroscopiques, nous tenterons d’observer leurs interactions avec les cellules bactériennes. Enfin, nous nous proposons d'utiliser les phosphoniums comme agents de fonctionnalisation de surface dans le but de mettre au point des surfaces aux qualités bactéricides intrinsèques. Pour ce faire nous utiliserons différentes méthodes comme la conception de monocouches auto-assemblées ou l’électropolymérisation
A recent WHO report warns the health authorities about the emergence of new bacterial resistances and the development of multi-resistant strains against current antibiotics treatments. The growth of those resistances is due to several factors. The hospital environment concentrates a significant use of antibiotics and disinfectant representing a favorable ground for bacterial resistance development. Among them the Staphylococcus aureus and its methicillin resistant strain (MRSA) represent a crucial issue in care environments and is a major cause of hospital acquired infections. In this context, it is essential to develop new antibacterial agents to fight against these bacteria. Ionic liquid are low melting point salts, they show significant antibacterial properties. However, the fact that the mechanisms of action of their bactericidal effect have not been established yet constitutes a major obstacle to their development as bactericidal agents. Thus, we propose to synthetize ammonium- and phosphonium-based di-cationic ionic liquids in order to study the different structural factors that govern their antibacterial activity. Then we will develop phosphonium based ionic liquids functionalized with a fluorescent probe. By taking advantage of their spectroscopic properties we will try to observe their interactions with bacterial cells. Finally, we propose to use the phosphonium salts as surface functionalization agents in order to design surfaces with intrinsic antibacterial properties. To do so, we will use innovative methods such as conception of self-assembled monolayers or electropolymerization technics

Un récent rapport de l’OMS met en garde les autorités de santé sur l’émergence de résistances chez les bactéries et le développement de souches bactériennes multi-résistantes aux traitements antibiotiques actuels. La progression de ces phénomènes est dû à différents facteurs. L’environnement hospitalier concentre un usage important de traitements antibiotiques et représente ainsi un terreau favorable au développement de résistances chez les bactéries. Le staphylocoque doré, ainsi que sa souche résistante (SARM), s’avèrent problématiques et entraînent un grand nombre de maladies nosocomiales. Dans ce contexte, il est primordial de mettre au point de nouveaux agents antibactériens permettant de lutter contre ces bactéries. Les liquides ioniques (sels à point de fusion bas) démontrent d’importantes propriétés antibactériennes. Néanmoins les mécanismes de cet effet bactéricide n’ont pas encore été établis. Ainsi nous nous proposons, dans un premier temps, de synthétiser des liquides ioniques di-cationiques afin d’étudier les différents facteurs structuraux qui régissent leur activité antibactérienne. Dans un second temps, nous concevrons des liquides ioniques à base de phosphoniums fonctionnalisés avec une sonde fluorescente. En exploitant les propriétés spectroscopiques, nous tenterons d’observer leurs interactions avec les cellules bactériennes. Enfin, nous nous proposons d'utiliser les phosphoniums comme agents de fonctionnalisation de surface dans le but de mettre au point des surfaces aux qualités bactéricides intrinsèques. Pour ce faire nous utiliserons différentes méthodes comme la conception de monocouches auto-assemblées ou l’électropolymérisation
A recent WHO report warns the health authorities about the emergence of new bacterial resistances and the development of multi-resistant strains against current antibiotics treatments. The growth of those resistances is due to several factors. The hospital environment concentrates a significant use of antibiotics and disinfectant representing a favorable ground for bacterial resistance development. Among them the Staphylococcus aureus and its methicillin resistant strain (MRSA) represent a crucial issue in care environments and is a major cause of hospital acquired infections. In this context, it is essential to develop new antibacterial agents to fight against these bacteria. Ionic liquid are low melting point salts, they show significant antibacterial properties. However, the fact that the mechanisms of action of their bactericidal effect have not been established yet constitutes a major obstacle to their development as bactericidal agents. Thus, we propose to synthetize ammonium- and phosphonium-based di-cationic ionic liquids in order to study the different structural factors that govern their antibacterial activity. Then we will develop phosphonium based ionic liquids functionalized with a fluorescent probe. By taking advantage of their spectroscopic properties we will try to observe their interactions with bacterial cells. Finally, we propose to use the phosphonium salts as surface functionalization agents in order to design surfaces with intrinsic antibacterial properties. To do so, we will use innovative methods such as conception of self-assembled monolayers or electropolymerization technics

Les ß-lactamines et les fluoroquinolones sont les principaux antibiotiques prescrits en thérapeutique. Récemment, deux nouveaux mécanismes de résistance ont été décrits : le gène plasmidique qnrA, qui code pour une protéine réduisant la fixation des fluoroquinolones sur leurs cibles et les céphalosporinases à spectre étendu qui hydrolysent davantage les oxyiminocéphalosporines. Au cours de ce travail, nous avons caractérisé plusieurs nouvelles céphalosporinases à spectre étendu, ce qui nous a permis d'identifier de nouvelles modifications structurales responsables de l'élargissement du spectre d'hydrolyse et de mettre en évidence la diversité génétique des gènes ampC dans l'espèce E. Coli. Nous avons également décrit l'émergence du gène qnrA en Europe, le rôle de son environnement génétique dans son expression, l'absence d'effet de QnrA sur l'activité bactéricide des fluoroquinolones, et l'origine de ce gène plasmidique présent naturellement dans le chromosome de Shewanella algae
ß-Lactams and fluoroquinolones constitute the most prescribed antibiotics used in therapeutics. Recently, two novel acquired mechanisms of resistance were described : the plasmid-borne qnrA gene, encoding a pentapeptide that prevents binding of fluoroquinolones on their targets, and the extended-spectrum AmpC ß-lactamases, which display an increased hydrolysis activity toward oxyiminocephalosporins. During this work, we have characterized several novel extended-spectrum cephalosporinases, mainly produced by Escherichia coli isolates, identified new structural modifications responsable for the extension of the hydrolysis spectrum and revealed the genetic diversity of the ampC genes in E. Coli. We have also described the emergence of the qnrA gene in Europe, the involvement of its genetic environment in its expression, the absence of effect of QnrA on the bactericidal activity of fluoroquinolones, and the origin of qnrA naturally present on the chromosome of Shewanella algae

Les bactériocines de classe IIa présentent une activité antimicrobienne résultant d'un mécanisme d'action ciblant les membranes des bactéries à Gram positif. Cette activité est modulée par différentes caractéristiques des surfaces bactériennes. Les propriétés physico-chimiques de surface de dix-huit souches bactériennes ont été déterminées afin d'étudier le lien entre ces propriétés et les phénotypes de résistance/sensibilité à Cbn BM1. Les résultats obtenus indiquent une grande diversité des propriétés physico-chimiques des surfaces analysées, sans cependant permettre d’établir un lien entre celles-ci et le phénotype de sensibilité/résistance à CbnBM1. Les mécanismes d'action de Cbn BM1 ont ensuite été étudiés sur Carnobacterium maltaromaticum DSM20730 et Listeria monocytogenes EGDe. L'atteinte de l'intégrité physique des membranes plasmiques par l'action de Cbn BM1 montre une hétérogénéité de réponse des populations bactériennes. Ce résultat a été confirmé par microscopie de force atomique in vivo à haute résolution. L'interaction de Cbn BM1 avec les membranes a été mise en évidence par mesure de l'anisotropie de fluorescence. Cette approche a révélé que Cbn BM1 présente des degrés de pénétration différents dans la membrane de C. maltaromaticum DSM20730 par rapport à L. monocytogenes EGDe. L'action de Cbn BM1 conduit cependant, pour les deux souches, à la modification de la force protomotrice membranaire. Ces différentes approches retenues pour l'étude des mécanismes d'action ont révélé que C. maltaromaticum DSM20730 et L. monocytogenes EGDe présentent une sensibilité à Cbn BM1 uniquement lorsque les cellules sont en phase exponentielle de croissance
The antimicrobial activity of class IIa bacteriocins toward Gram positive bacteria relies on their membrane targeting mechanisms of action. These mechanisms are modulated by the bacterial surface properties. The physico-chemical surface properties of eighteen bacterial strains were determined to link these properties to the resistance/sensitivity to Cbn BM1 of the bacterial strains. In this way, two approaches were undertaken : the microbial adhesion to solvents and electrophoretic mobility measurements. The results show a large diversity of the determined properties among the strains but without establishing a direct link between the surface properties and the resistance/sensitivity phenotypes. Mechanisms of action of the bacteriocin Cbn BM1 on Carnobacterium maltaromaticum DSM20730 and Listeria monocytogenes EGDe were determined. Syto9® and propidium iodide allowed to show the heterogeneity of the bacterial populations toward the alteration of the membrane integrity. The interaction of Cbn BM1 with the bacterial membrane was studied by monitoring the fluorescence anisotropy of DPH and TMA-DPH. The results highlight a difference between the mechanism of action of Cbn BM1 on C. maltaromaticum DSM20730 and on L. monocytogenes EGDe. However, a treatment by Cbn BM1 leads to a perturbation of the component of the proton-motive force of the membrane for both strains. These approaches revealed that these bacterial strains exhibit a sensitivity to Cbn BM1 only when treated in log growth phase. Modification of nano-mechanical properties of C. maltaromaticum DSM20730 after a treatment by Cbn BM1 were assessed by an atomic force microscopy approach

Le site d’action des bactériocines de la sous-classe IIa est la membrane cytoplasmique des bactéries à Gram positif. Le mécanisme d’action se décompose en trois étapes : (i) adsorption de la bactériocine sur la membrane ; (ii) structuration du peptide et insertion dans la bicouche lipidique ; (iii) formation de pores. La présence de pores provoque des fuites de composés vitaux aboutissant soit à un arrêt de la croissance soit à la mort de la bactérie. Le degré de pénétration de la mésentérocine 52A dans la membrane a été mesuré grâce à l’anisotropie de fluorescence de deux sondes, le TMA-DPH et le DPH, respectivement localisées à la surface et en profondeur de la bicouche lipidique. Des résultats différents ont été obtenus avec deux espèces bactériennes appartenant au genre Listeria. Dans un cas, le peptide s’insère partiellement dans la membrane et dans l’autre en profondeur. Ces résultats suggèrent que la mésentérocine 52A peut suivre deux mécanismes distincts aboutissant à une bactériostase. Pour mieux comprendre les interactions entre la bactériocine et la cellule cible, le degré de pénétration de la mésentérocine 52A dans la membrane de trois souches de Leuconostoc, la première sensible, la seconde naturellement insensible et la dernière rendue résistante, a été caractérisé. Il semblerait que le phénotype de résistance soit corrélé avec les propriétés physico-chimiques de l’enveloppe cellulaire. Afin de pouvoir généraliser les résultats observés avec la mésentérocine 52A, d’autres bactériocines de la sous-classe IIa, les carnobactériocines Cbn BM1 et Cbn B2, produites par la souche Carnobacterium maltaromaticum CP5, ont été étudiées. Dans un premier temps, ces bactériocines ont été produites et purifiées à partir d’une souche d’Escherichia coli recombinante. L’étape de production en fermenteur a été optimisée, des quantités de l’ordre de 300 mg de peptides ont été produites. Le mode d’action des carnobactériocines, seules ou en combinaison, a été déterminé vis-à-vis de cellules procaryotes ou eucaryotes. Les carnobactériocines Cbn BM1 et Cbn B2 ont un mode d’action synergique contre les bactéries sensibles et ne présentent pas de cytotoxicité vis-à-vis des cellules de la lignée Caco-2
The action site of sub-class IIa bacteriocins is the cytoplasmic membrane of Gram-positive bacteria. The current view of the mechanism of action is divided into three steps: (i) adsorption of bacteriocins on the membrane; (ii) apparition of the structures of peptide and integration into the lipid double layer (iii) formation of pores. The presence of pores leads to efflux of vital cell compounds. They cause growth stop or bacterial death. The degree of penetration of mesenterocin 52A into the membrane was measured by fluorescence anisotropy of two probes, TMA-DPH and the DPH, which target the surface or the depth of the membrane, respectively. Different results were obtained with two bacterial species of the genus Listeria. In the first hand, the peptide is partially inserted into the membrane and in the second hand in depth. These results suggest that mesenterocin 52A can exhibit two different mechanisms leading to the same antibacterial effect. To better understand the interactions between bacteriocins and the target cell, the degree of penetration of mesenterocin 52A into the membrane of three Leuconostoc strains, the first sensitive, the second naturally resistant and last induced resistant, was characterized. It seems that the resistance phenotype is correlated with physical and chemical properties of the cell envelope. To generalize the results observed with mesenterocin 52A, other bacteriocins of sub-class IIa, the carnobacteriocins Cbn BM1 and Cbn B2, produced by Carnobacterium maltaromaticum CP5 strain, were studied. These bacteriocins were produced in E. coli and subsequently purified. The optimization of the production process in a reactor led to purify up to 300 mg of peptides for 1.5 liter of culture. The mode of action of carnobacteriocins, alone or in combination, was determined with prokaryotic or eukaryotic cells as targets. The carnobacteriocins Cbn BM1 and Cbn B2 have a synergistic mode of action against sensitive bacteria and are not cytotoxic against Caco-2 cell line

Les flavonoïdes sont des métabolites secondaires largement répandus chez les plantes et appartiennent à une grande famille de composés chimiques d'intérêt industriel. Les flavonoïdes sont une source importante de nouveaux médicaments et nutraceutiques en raison de leurs activités anti-oxydantes, antivirales, antimicrobiennes, anticancéreuses, etc. Notre étude se concentre sur la caractérisation de l'activité antibactérienne des flavonoïdes ciblant spécifiquement les bactéries à Gram positif. Les objectifs de mon travail de recherche sont i) de mettre en place des méthodologies de cribles efficaces et rapides afin d’évaluer l’activité antibactérienne des flavonoïdes et ii) de déterminer les mécanismes d'action antibactérien des flavonoïdes. La caractérisation de l'activité antibactérienne des flavonoïdes a été réalisée avec des tests de toxicité des flavonoïdes envers la bactérie modèle à Gram positif B. subtilis par la méthode du Live Cell Array permettant d'enregistrer la cinétique de croissance bactérienne en temps réel. Différentes stratégies ont été employées pour décrypter le(s) mode(s) d'action des flavonoïdes ; telles que le crible d'une banque de flavonoïdes pour l'identification de nouveaux composés actifs contre B. subtilis, le crible d'une collection de mutants de B. subtilis pour l'identification de gènes impliqués dans la réponse de B. subtilis aux flavonoïdes, une évolution dirigée en laboratoire de B. subtilis en présence de flavonoïde pour l'obtention et la caractérisation de souches résistantes aux flavonoïdes, et enfin une analyse de la réponse transcriptionnelle de B. subtilis en présence de flavonoïdes. Deux flavonoïdes déjà identifiés dans la littérature pour inhiber la croissance de bactéries à Gram positif, la pinocembrine et la naringénine, ont une activité antibactérienne contre B. subtilis. Une diminution de 50 % du taux de croissance a été observée en présence de 93 mg.L ⁻¹ ou 32 mg.L ⁻¹ de naringénine ou pinocembrine respectivement.Pour décrypter les mécanismes d'action des flavonoïdes, une collection de 63 flavonoïdes a été criblée et les concentrations minimales inhibitrices (MICs) déterminées pour chaque flavonoïde en présence de B. subtilis. 17 flavonoïdes se sont avérés particulièrement actifs contre B. subtilis. La tentative d'établir un modèle QSAR (relation quantitative structure-activité) avec les 17 flavonoïdes actifs n'a malheureusement pas été concluante car malgré l'obtention d'une régression linéaire largement acceptable (R²≈ 0,9), la validation par exclusion systématique d'un composé ("leave one out") n'a pas été obtenue. La seule explication plausible de cet échec est que le nombre de modes d'action présents est trop élevé pour un set de 17 composés, rendant ainsi caduque la modélisation QSAR. Au cours d'un crible de 67 mutants de B. subtilis, huit gènes impliqués dans la réponse aux flavonoïdes (naringénine et pinocembrine) ont été identifiés, dont deux appartiennent au régulon LmrA/QdoR, déjà identifié dans la littérature pour répondre aux flavonoïdes. Les souches B. subtilis ∆lmrA et ∆qdoI sont respectivement plus sensibles et plus résistantes vis-à-vis de la naringénine et de la pinocembrine. Les 17 flavonoïdes précédemment identifiés et actifs envers B. subtilis induisent une réponse transcriptionnelle propre à chacun d'après notre analyse de l'activité de 10 promoteurs avec l'utilisation de fusions transcriptionnelles avec un gène rapporteur. Cette analyse est cohérente avec l'étude transcriptomique menée pour la caractérisation de la réponse de B. subtilis en présence de 5 flavonoïdes ; la 2’hydroxyflavanone, la bavachine, la naringénine, la pinocembrine et le résokaempférol. De ce travail ressort plusieurs modes d'action des flavonoïdes chez B. subtilis, impliquant l'induction de la réponse stringente, l'inhibition de voies métaboliques pour la synthèse des membranes et paroi cellulaires et l'inhibition du métabolisme carboné central
Flavonoids are secondary metabolites widespread in plants and belong to a large family of chemical compounds of industrial interest. Flavonoids are an important source of new drugs and nutraceuticals because of their antioxidant, antiviral, antimicrobial, anticancer activities. Our study focuses on the characterization of the antibacterial activity of flavonoids specifically targeting Gram-positive bacteria. The objectives of my research work are i) to establish efficient and rapid screening methodologies to evaluate the antibacterial activity of flavonoids and ii) to determine the mechanisms of action of antibacterial flavonoids. The characterization of the antibacterial activity of flavonoids was carried out with flavonoid toxicity tests against the Gram-positive model bacterium B. subtilis by Live Cell Array method, which measures the bacterial growth kinetics. Several strategies were used to decipher the mode(s) of action of the flavonoids, such as screening a flavonoid library for new compounds active against B. subtilis, screening a collection of B. subtilis mutants for the identification of genes involved in the flavonoid response of B. subtilis, an adaptive laboratory evolution of B. subtilis in presence of flavonoid to obtain and characterize flavonoid-resistant strains, and finally an analysis of the transcriptional response of B. subtilis in the presence of flavonoids. Two flavonoids already identified in the literature to inhibit the growth of Gram-positive bacteria, pinocembrin and naringenin, have antibacterial activity against B. subtilis. A 50% decrease in growth rate was observed in the presence of 93 mg.L ⁻¹ or 32 mg.L ⁻¹ of naringenin or pinocembrin respectively.To decipher the mechanisms of action of the flavonoids, a collection of 63 flavonoids was screened and minimal inhibitory concentrations (MICs) were determined for each flavonoid in the presence of B. subtilis. 17 flavonoids were found to be particularly active against B. subtilis. The attempt to establish a QSAR (quantitative structure activity relationship) model with the 17 active flavonoids was unfortunately not conclusive because, despite obtaining a high quality linear regression (R² ≈ 0.9), cross-validation by using leave-one-out basic method was not obtained. The only plausible explanation for this failure is that the number of modes of action present is too high for a set of 17 compounds, thus rendering the QSAR model obsolete. In a screen of 67 mutants of B. subtilis, eight genes involved in the response to flavonoids (naringenin and pinocembrin) were identified, two of which belong to the LmrA/QdoR regulon, already identified in the literature to respond to flavonoids. The B. subtilis strains ∆lmrA and ∆qdoI are respectively more sensitive and more resistant to naringenin and pinocembrin. The 17 flavonoids previously identified and active against B. subtilis induce a flavonoid-specific transcriptional response according to our analysis of the activity of 10 promoters with the use of transcriptional fusions with a reporter gene. This analysis is consistent with the transcriptomic study carried out for the characterization of the response of B. subtilis in the presence of 5 flavonoids; 2'hydroxyflavanone, bavachine, naringenin, pinocembrin and resokaempferol. Several modes of action of the flavonoids in B. subtilis were identified, involving induction of the stringent response, inhibition of metabolic pathways for cell membrane and cell wall synthesis, and inhibition of central carbon metabolism

Des contaminations par Enterobacter gergoviae, dans les formulations cosmétiques diverses soulèvent le problème de la résistance bactérienne aux biocides. J'ai pu mettre en évidence, que certains épisodes de contaminations apparus au sein de l'entreprise partenaire, étaient dus à un même isolat persistant suite à un système de conservation/désinfection inefficace. Aux concentrations maximales autorisées par la commission européenne, les conservateurs ont des effets bactériostatiques mais ne présentent pas d'effets synergiques en association. Par conséquent, l'adaptation aux produits cosmétiques est favorisée. Divers mécanismes de résistance peuvent être mis en place par E. gergoviae : enzymatique (synthèse de peroxyredoxine), modifications de l'enveloppe (expression d'appendices externes : flagelles ou fimbriae/pili), modification de la mobilité, et formation de biofilms. L'apparition de ces mécanismes a aussi favorisé les résistances croisées conservateurs /désinfectants-détergents
Contaminations by Enterobacter gergoviae in various cosmetic formulations raise the problem of bacterial resistance to biocides of the species, which represent the third source of cosmetics bacterial contaminations. The collaborative cosmetic company was concerned by unrelated contaminations but some contamination events were due to persistence of isolates in internal system process, despite disinfection protocols and use of preservatives. At the maximum levels allowed by the European Commission, preservatives tested have bacteriostatic effects and do not exhibit synergistic effects in combination. Therefore, adaptation in cosmetics is facilitated. Various resistance mechanisms can be implemented by E. gergoviae: Enzymatic (peroxyredoxin synthesis), changes in the envelope (expression of external appendages: flagella or fimbriae/pili), changes in mobility and biofilm formation. The appearance of such mechanisms has also promoted a cross-resistance conservative / disinfectant - detergent

L’objectif de cette étude est de comprendre comment la morphologie des composites dentaires basés sur la résine diméthacrylate peut influer sur les propriétés des prosthèses dentaires. Les expériences ont été menées selon deux directions I ) Analyse des échantillons commerciaux 2) préparation des composites avec des nouveaux renforcements. La morphologie, le comportement tribologique et les propriétés mécaniques des couches superficielles ont été déterminés. Certains composites montrent une résistance à l’abrasion accrue pendant la première heure des mesures tribologiques. Ceci indique l’existence d’une couche superficielle de nature différente que le corps. Ce morphologie bimodale conduit à un meilleur arrangement des particules renforçant, résultant en une résistance à l’usure important et une ténacité élevée.Wollastonité est une alternative intéressante comme renforçant. L’ajout des agents bactéricide est efficace contre S. mutans, mais les propriétés mécaniques de ce composites doivent être améliorés
The aim of this study was an attempt to clarify, how the morphology of dimethacrylate-based dental composite affects the properties of dental fillings. The experiments were carried out bidirectionally: I). The analysis of commercial samples; 2). Preparation ofhome made composites with using of new fillers.Morphology, tribological behavior. mechanical properties of surface layer and bactericidal action of composites were characterized. Some composites exhibit an increased resistance to abrasion during the first hour of tribological measurements. It proves the existence of the “surface layer” of a different nature than the bulk of material.The ‘bimodal’ morphology favors the best packing of filler particles in the matrix, resulting in higher wear resistance and fracture toughness of composites. Wollastonite is an interesting alternative to the commonly used fillers. Addition of bactericidal agents is effective against S. mutans, however, mechanical characteristics of these composites require fine-tuning

La résistance bactérienne aux antibiotiques est un problème majeur de santé publique. Un moyen de la combattre est de viser des cibles non encore exploitées pour retarder l’apparition de la résistance. Dans ce contexte, nous avons entrepris la caractérisation sur les plans biochimique et structural de l’enzyme MraY, une protéine intégrale de membrane, membre d’une famille de transférases membranaires. MraY catalyse la première étape membranaire de la biosynthèse du peptidoglycane bactérien à savoir, le transfert du motif N-acétylmuramoyl-pentapeptide du précurseur cytoplasmique UDP-MurNAc-pentapeptide sur le transporteur membranaire, l’undécaprényl-phosphate aboutissant à la formation du lipide I. Aucune structure 3D de cette enzyme n’est disponible actuellement et aucun antibiotique en utilisation clinique ne la cible. D’une part nous avons entrepris la caractérisation structurale de cette enzyme par des approches de biophysique. Des essais de cristallisation 2D dans des systèmes membranaires ont permis d’observer au microscope électronique des dimères de MraY (taille de 70Å/50Å). Des expériences de diffusion des rayons X (SAXS) montrent un rayon de giration d’environ 42Å. Les résultats issus des expériences de SAXS ont été combinés à des approches de modélisation afin déterminer l’état d’oligomérisation de cette protéine en présence de détergents. Enfin, en vue de faciliter la cristallogenèse 3D, des chimères de MraY en fusion avec des protéines hydrosolubles de structure 3D résolues (mCherry et GFP) ont été construites. Des essais de cristallisation de la protéine seule et des chimères construites ont été effectués.D’autre part, nous avons élucidé le mécanisme catalytique de l’enzyme MraY et de son paralogue WecA. Au cours de ma thèse, j’ai pu montrer que cette famille de transférase membranaire présente un mécanisme catalytique commun qui procède en une seule étape par attaque directe d’un oxyanion du substrat lipidique, préalablement déprotoné par un résidu aspartate invariant, sur le phophate Beta du substrat nucléotidique. Cela conduit à la formation du produit lipidique et libération de l’UMP
The growing emergence of multiresistance of pathogenic bacteria to currently used antibiotics is a major public health problem that requires the development of new therapeutic compounds and the identification and exploitation of novel targets. In this context, we undertook the biochemical and structural characterization of MraY enzyme, an integral membrane protein, member of the polyprenyl-phosphate N-acetylhexosamine 1-phosphate transferase superfamily. The MraY transferase catalyzes the first membrane step of bacterial cell wall peptidoglycan biosynthesis, namely the transfer of the N-acetylmuramoyl-pentapeptide moiety of the cytoplasmic precursor UDP-MurNAc-pentapeptide to the membrane transporter undecaprenyl phosphate, yielding C55-PP-MurNAc-pentapeptide (lipid I). To date, no crystal structure has been reported for this enzyme. On the one hand we have undertaken the structural characterization of this enzyme by differents biophysical approaches. Electron microscopic images after two-dimensional crystallization of the protein displayed a dimeric organisation of the MraY enzyme (size 70Å/50Å). Small X-ray scattering (SAXS) experiments have shown a radius of gyration of about 42A. The results of SAXS experiments were combined with modeling approaches to determine the oligomerization state of the protein in the presence of detergents. Finally, in order to facilitate 3D crystallisation of MraY, fusion proteins of MraY and mCherry/GFP were constructed. Crystallization trials of MraY alone and the constructed chimeras were made. On the other hand, we have elucidated the catalytic mechanism of the MraY transferase and its paralog WecA. In this study, we have shown that this family of membrane transferases has a common catalytic mechanism that proceeds by a single step displacement. During this “one-step” mechanism, the oxyanion of the poly-prenyl phosphate attacks the β phosphate of the nucleotide substrate, leading to the formation of lipid product and the liberation of UMP

L'emploi des agents antibactériens est un moyen important d'une part dans la lutte contre les infections bactériennes et d'autre part pour conserver les produits alimentaires jusqu'à leur consommation. La perte d'efficacité des antibiotiques par le développement de résistance bactérienne ainsi que la toxicité des conservateurs synthétiques rend nécessaire le développement de nouveaux produits antibactériens naturels. Les protéines et les peptides antibactériens agissant sur les membranes bactériennes paraissent une alternative pour limiter l'instauration de résistances bactériennes. L'ovotransferrine est une protéine du blanc d'œuf ayant des propriétés membranotropes responsable entre autre de son activité antibactérienne. L'objectif de cette thèse est d'étudier les mécanismes membranotropes de l'ovotransferrine vis-à-vis des membranes externe et cytoplasmique d'E. coli en utilisant respectivement des monocouches de LPS (lipopolysaccharides) et de phospholipides comme modèles membranaires expérimentales. L'ovotransferrine possède une capacité d'insertion dans la monocouche de LPS qui dépend de la concentration protéique, de la compacité de la monocouche et de la conformation des molécules de LPS. L'ovotransferrine s'adsorbe faiblement à la monocouche de phospholipides. Ainsi, les monocouches sont perturbées par la désorganisation des lipides. L'analyse comparative de l'ovotransferrine chauffée à sec avec la forme native a montré la conservation des structures secondaire et tertiaire avec une augmentation de l'hydrophobie de surface et probablement de la flexibilité et une affinité plus élevée aux interfaces hydrophiles/hydrophobes (eau/air). L'activité membranaire de l'ovotransferrine est accrue après son chauffage à sec. La capacité d'insertion dans la monocouche de LPS est amplifiée avec une affinité plus importante. Une capacité d'insertion dans la monocouche de phospholipides est générée pour la forme chauffée à sec associée à une adsorption plus élevée. L'ovotransferrine chauffée à sec induit des perturbations plus importantes des monocouches à des concentrations protéiques plus faibles
The use of antibacterial agents is very important, firstly, on the fight against bacterial infections, and secondly, to keep food products until its consumption. The loss of antibiotics effectiveness through the development of bacterial resistance and the toxicity of synthetic preservatives necessitates the development of new natural antibacterial products. Antibacterial proteins and peptides acting on the bacterial membranes appear as an alternative to limit the introduction of bacterial resistances. Ovotransferrin is an egg-white protein with membranotropic properties responsible among other things for its antibacterial activity. The aim of this thesis is to study the membranotropic mechanisms of ovotransferrin towards the outer and cytoplasmic membranes of E. coli using respectively monolayers of LPS (lipopolysaccharides) and phospholipids as experimental membrane models. Ovotransferrin has an insertion capacity in LPS monolayer that is dependent on protein concentration, monolayer compactness, and LPS molecule conformation. Ovotransferrin weakly adsorbs to the monolayer of phospholipids. Thus, the monolayers are disturbed by the disorganization of the lipids. Comparative analysis of dry-heated ovotransferrin with the native form showed conservation of secondary and tertiary structures with an increase of surface hydrophobicity and probably of flexibility and higher affinity to hydrophilic/hydrophobic interfaces (water/air). The insertion capacity in the LPS monolayer is amplified with greater affinity. Insertion capacity in the phospholipid monolayer is generated for the dry heated form associated with higher adsorption. Dry-heated ovotransferrin induces greater disruption of monolayers at lower protein concentrations

Depuis deux décennies, l’humanité est confrontée à une augmentation spectaculaire du nombre de bactéries résistantes et multirésistantes aux antibiotiques, mettant en péril l’arsenal thérapeutique au complet. La tuberculose est particulièrement concernée par l’apparition de souches multirésistantes aux antibiotiques, obligeant très souvent les médecins à prolonger de plusieurs mois la prise en charge des patients et à jongler avec différents antibiotiques en cours de traitement, ce qui retarde d’autant plus la guérison. En outre, si les souches pan-résistantes restent, pour le moment, exceptionnelles, elles illustrent clairement les dangers à laisser dégénérer une situation clinique déjà préoccupante. Il est donc aujourd’hui nécessaire de développer des approches thérapeutiques innovantes afin de lutter plus efficacement contre ces phénomènes de résistance. A la différence de la plupart des antibiotiques conventionnels, un grand nombre de médicaments antituberculeux possèdent la particularité d’être des prodrogues. Ils nécessitent, en effet, d’être bioactivés au sein de la mycobactérie par l’action d’enzymes spécifiques afin de pouvoir exercer leur action antibiotique. Au cours de ces dernières années, les équipes des unités de recherche U1177 et U1019 ont identifié plusieurs familles de composés qui permettent de potentialiser ou de reprogrammer les voies de bioactivation de l’éthionamide. Ces composés agissent via l’inhibition des régulateurs transcriptionnels de la bactérie impliqués dans la bioactivation de l’éthionamide. Ces équipes ont ainsi montré qu’en plus d’augmenter la sensibilité de Mycobacterium tuberculosis à l’éthionamide, il est également possible de resensibiliser des souches cliniques résistantes à l’éthionamide en stimulant des voies de bioactivation cryptiques de cet antibiotique.Le premier objectif de cette thèse a été d’évaluer la spécificité de substrats des trois voies de bioactivation actuellement connues de l’éthionamide. Cette étude a été réalisée en produisant des dérivés de l’éthionamide et en étudiant leur activation en stimulant alternativement chacune des trois voies à l’aide de boosters spécifiques. Pour ce faire, une nouvelle voie de synthèse de thioisonicotinamides a été mise au point afin d’obtenir rapidement un grand nombre d’analogues structuraux de l’éthionamide. Nous avons alors pu explorer l’activité antimycobactérienne de ces analogues, seuls ou en combinaison avec les boosters stimulant individuellement les trois voies d’activation. Cette étude nous a permis de mettre en évidence les spécificités propres à chaque voie. Parallèlement, une étude par voltampérométrie cyclique réalisée sur une partie de ces composés nous a permis de corréler le potentiel d’oxydation des analogues avec leurs activités antimycobactériennes.Dans un deuxième axe, nous avons tenté de suivre, par RMN et par LC-MS/MS, la bioactivation de l’éthionamide dans un modèle d’expression hétérologue des enzymes de bioactivation de l’éthionamide chez E. coli.Dans un troisième axe, nous nous sommes intéressés à la recherche et la caractérisation de nouvelles molécules bioactivables par les différentes voies de bioactivation de l’éthionamide.Enfin, un criblage phénotypique a été réalisé sur Mycobacterium tuberculosis afin d’étendre le concept de réversion de résistance à d’autres pro-antibiotiques antituberculeux. Cette approche a débouché sur l’identification d’une molécule capable de reprogrammer la bioactivation de nitro-imidazolés d’importance clinique majeure, tels que le prétomanide et le délamanide. Sur cette base, nous avons entrepris un travail de pharmacomodulation de ce hit, ce qui nous a permis de déterminer les premières relations structure-activité dans cette famille chimique
For the last two decades, humanity has faced a dramatic increase in the number of resistant and multi-resistant bacteria, putting at risk the entire therapeutic arsenal. Tuberculosis is particularly affected by the spread of multi-resistant strains of antibiotics, very often forcing doctors to prolong patients care for several months and juggling with different antibiotics in the course of the treatment, which further delays recovery. In addition, if pan-resistant strains remain exceptional for the moment, they clearly illustrate the dangers of allowing an already worrying clinical situation to degenerate. It is therefore necessary today to develop innovative therapeutic approaches to fight more effectively against these phenomena of resistance. Unlike most conventional antibiotics, a large number of antituberculous drugs have the distinction of being prodrugs. They require bioactivation within the mycobacterium by the action of specific enzymes in order to be able to exercise their antibiotic effect. Over the last few years, research teams U1177 and U1019 have identified several families of compounds that potentiate or reprogram the bioactivation pathways of ethionamide. These compounds act via the inhibition of the transcriptional regulators of the bacterium involved in the bioactivation of ethionamide. These teams have shown that in addition to increasing the sensitivity of Mycobacterium tuberculosis to ethionamide, it is also possible to resensitize ethionamide-resistant clinical strains by stimulating cryptic bioactivation pathways of this antibiotic.The first objective of this thesis was to evaluate the substrate specificity of the three currently known pathways of ethionamide. This study was performed by producing ethionamide derivatives and studying their activation by alternately stimulating each of the three pathways using specific boosters. To do this, a new synthesis route of thioisonicotinamides has been developed in order to quickly obtain a large number of structural analogues of ethionamide. We were then able to explore the antimycobacterial activity of these analogues, alone or in combination with boosters which individually stimulate the three activation pathways. This study allowed us to highlight the specificities of each pathway. In parallel, a cyclic voltammetric study carried out on some of these compounds allowed us to correlate the oxidation potential of the analogues with their antimycobacterial activities.In a second axis, we tried to follow, by NMR and by LC-MS/MS, the bioactivation of ethionamide in a heterologous expression model of ethionamide bioactivation enzymes in E. coli.In a third part, we were interested in the identification and the characterization of new bioactivatable molecules by the different bioactivation pathways of ethionamide.Finally, phenotypic screening was performed on Mycobacterium tuberculosis to extend the concept of resistance reversal to other anti-tuberculosis pro-antibiotics. This approach has led to the identification of a molecule capable of reprogramming the bioactivation of nitroimidazoles of major clinical importance, such as pretomanid and delamanid. On this basis, we undertook a work of pharmacomodulation of this hit, which allowed us to determine the first structure-activity relationships in this chemical family

Ce travail de thèse a pour objectif l'étude des performances bactéricides et l'identification des mécanismes d'abattement bactérien d'un nouveau matériau Al2O3-TiO2-Ag pour la désinfection des eaux de spa. L'activité bactéricide du matériau fondée sur les propriétés antibactérienne de l'argent a été démontrée en réacteur statique puis en dynamique sur la base d'un mélange bactérien E. coli et S. epidermidis non pathogène (Gram négatif et Gram positif). Cette désinfection est favorisée à 37°C, en conditions aérobies et sans sel (CaCO3 ou CaCl2), correspondant aux conditions de mise en œuvre du spa. Elle repose sur une action couplée de la désorption d'argent et de la surface du matériau, induisant la génération de Réactive Oxygen Species (ROS) en conditions aérobies. Cette action de surface devient majoritaire en réacteur continu avec une désorption qui représente moins de 1% de l'argent total déposé. Une modification du traitement de surface du matériau améliore l'activité bactéricide et diminue la désorption d'argent (seulement 0,4 mg.L-1 en solution). L'analyse des mécanismes bactéricides a mis en évidence une action immédiate du matériau avec lyse mais aussi condensation de l'ADN, endommagement de la chaîne respiratoire et attaque oxydative des ROS représentant près de 60 % de l'abattement des bactéries
This work aims to study the bactericidal performances of an innovative Al2O3-TiO2-Ag material for spa water disinfection and to identify the involved bactericidal mechanisms. The bactericidal activity based on silver disinfectant properties was highlighted in static and dynamic conditions with a non pathogenic bacterial mixture of E. coli and S. epidermidis (negative and positive Grams respectively). This disinfection was favored at 37°C, in aerobic conditions and without salt (CaCO3 or CaCl2). It was involved by a coupled action of desorbed and supported silver material, inducing a ROS (Reactive Oxygen Species) generation in aerobic conditions. In a dynamic reactor, a surface action mainly happened with a desorption lower than 1% of the total deposited silver. An improvement of the material surface treatment provided an better bactericidal activity coupled with a decreased desorption (only 0.4 mg.L-1 in solution). The investigation of the bactericidal mechanisms evidenced immediate material action with lysis but also DNA condensation, collapse of the respiratory chain and oxidative attack of ROS representing nearly 60% of the bacterial removal

Le règne végétal est une ressource renouvelable d'une large gamme de métabolites secondaires biologiquement actifs. Ces travaux de thèse proposent une stratégie multidisciplinaire d'évaluation du potentiel de composés phénoliques antimicrobiens d'origine végétale pour la conservation des aliments. Un criblage de l'activité antimicrobienne in vitro vis-à-vis de 8 souches de la flore pathogène et d'altération des aliments d'une centaine de molécules pures et une soixantaine d'extraits végétaux a d'abord permis de sélectionner les plus actifs. Différents mécanismes d'action vis-à-vis de S. aureus ont pu être mis en évidence par cytométrie de flux couplée à l'utilisation de marqueurs de l'état physiologique des bactéries pour quelques uns des composés actifs sélectionnés. En vue d'une application à de la viande bovine, l'activité antibactérienne des composés phénoliques ou extraits végétaux les plus actifs a été réévaluée dans des milieux de culture plus complexes mimant leur teneur en protéines et en matières grasses. Les résultats de ce criblage et un suivi microbiologique de viande hachée de bœuf avec 1% (m/m) d'extrait ajouté ont permis d'observer que les pertes d'activité antibactérienne observées étaient notamment corrélées aux interactions des composés phénoliques avec les protéines ou les matières grasses. L'incorporation des composés phénoliques ou extraits végétaux dans des matériaux d'emballage en contact alimentaire a constitué la seconde voie de mise en œuvre envisagée. Des films plastiques conservant une activité antibactérienne ont ainsi pu être élaborés par voie fondue
The plant kingdom is a renewable resource of a wide range of biologically active secondary metabolites. This thesis proposes a multidisciplinary strategy for evaluating the potential of plant-derived antimicrobial phenolic compounds for food preservation. A screening of the antimicrobial activity in vitro against 8 strains of foodborne pathogenic and spoilage microorganisms of a hundred pure molecules and about sixty plant extracts allowed to select the most active. Different mechanisms of action with respect to S. aureus could be demonstrated by flow cytometry coupled with the use of probes of the physiological state of the bacteria for some of the selected active compounds. For application to beef, the antibacterial activity of the most active phenolic compounds or plant extracts has been re-evaluated in more complex culture media mimicking their protein and fat content. The results of this screening and a microbiological monitoring of minced beef with 1% (m / m) of added extract made it possible to observe that the observed losses of antibacterial activity were in particular correlated with the interactions of the phenolic compounds with the proteins or fat. Incorporation of phenolic compounds or plant extracts into packaging materials in contact with food constituted was the second proposed route of implementation. Plastic films that retain antibacterial activity have thus been able to be prepared by melting

Cette étude porte sur l’apport de nouvelles fonctionnalités à des matériaux élastomères qui seront utilisés pour la réalisation de gants. Des additifs possédant des propriétés antimicrobiennes ainsi que des charges possédant des propriétés radioprotectrices sont insérées dans des matrices polymères. La méthode de mise en œuvre utilisée est l’enduction par trempage, l’impact de ces additifs sur les propriétés rhéologiques de solutions dans lesquelles les élastomères sont dissous sont analysées. L’incorporation de certaines amines peut entraîner une vulcanisation des élastomères en solution. Après la réalisation d’échantillons par trempage, la stabilité thermique des élastomères est étudiée par analyse thermogravimétrique ainsi que par une analyse infrarouge. Certains oxydes métalliques peuvent modifier la dégradation thermique d’élastomères comportant des groupes chlorés en favorisant la déchlorination. L’impact des additifs sur les élastomères vulcanisés a également été étudié, ces mesures ont permis de mettre en évidence l’impact de certains additifs sur la vulcanisation ainsi que les interactions charges-élastomère par la mise en évidence de l’effet Mullins. Enfin, une méthode de détermination des propriétés radioprotectrices des élastomères a été mise en place afin de déterminer les formulations fournissant la meilleure atténuation aux rayonnements ionisants
The aim of this study is to give new functionalities to elastomers that will be used as gloves. Some antimicrobials and radioprotective additives will be incorporated in different polymer matrixes. The elastomers have been realized by dip coating, the impact of the additives on the rheological properties of the solutions of elastomers was analysed. Some amines can interact with the elastomers in the solvent and accelerate the vulcanization. The thermal stability of the charged elastomers has then been investigated by thermogravimetric analysis and infrared measurments. Some metallic oxides interact with elastomers containing chlorine and change the dehydrochlorination process. The impact of the additives on the mechanical properties of vulcanized elastomers has been studied, the impact of some additives on the vulcanization and the existence of strong charge-polymer interactions have been demonstrated. Finally, a method to measure the radioprotective properties of filled elastomers has been developed to measure the attenuation of the composite against ionizing radiations

L’émergence de bactéries multirésistantes aux antibiotiques conduit la médecine humaine et vétérinaire à des impasses thérapeutiques. L’usage abusif des ATBs accélère et accentue fortement le processus d’antibiorésistance. Le but de mon travail de thèse était d’apporter une solution au problème de surconsommation d’ATBs en médecine vétérinaire, particulièrement dans les élevages, tout en garantissant la santé animale. Nous avons développé une approche de thérapie combinatoire basée sur l’association d’ATBs déjà existants avec des molécules adjuvantes. Nous avons ainsi évalué l’activité de différents dérivés polyaminés d’origine naturelle sur des pathogènes dits « ESKAPE » qui présentent une relevance clinique majeure en médecine humaine. Ces différentes études ont permis de développer des protocoles de criblage, mais également des méthodes permettant d’élucider leur impact sur la physiologie bactérienne.Nous avons testé l’activité de ces composés en combinaison avec le florfénicol, ATB couramment utilisé pour traiter les infections respiratoires chez le porc. Après avoir identifié un adjuvant au florfénicol, nous avons pu déterminer son mode d’action par différentes méthodes de fluorescence et de bioluminescence. Nous avons pu démontrer que le composé permet de potentialiser l’activité de l’ATB par une action membranotrope et par une inhibition de l'efflux, augmentant ainsi la concentration intracellulaire en ATB, mais également par une inhibition de la force proton motrice (FPM). La motricité flagellaire des bactéries, est un facteur de virulence fonctionnant avec la FPM nous avons pu mettre en évidence une inhibition de la mobilité par le composé
The constant increase of multidrug resistant bacteria is leaving clinicians and veterinarians with very limited options to treat bacterial infections. The main goal of my work was find a chemical solution to reduce the use of antibiotics in veterinary medicine, especially in swines, without affecting the health of the livestock. To achieve this goal, we have developed a drug combination approach based on the association of antibiotics with chemosensitizers, herein called adjuvants, some of which were polyamines derivatives from natural sources. To provide the proof of concept, combination of several derivatives from different chemical sources (marine sponges and plants) have been tested ex vivo on « ESKAPE » pathogens, which are among the most urgent bacterial threats. Results from these studies allowed us to develop procedures for screening antibacterial activities and methodologies for understanding the impact of the selected adjuvants on bacterial physiology.Florfenicol is a widely used antibiotic to treat respiratory infections in swine. Therefore, derivatives were further assessed in combination with florfenicol, and florfenicol adjuvants were identified. The mode of action of one chosen adjuvant on bacterial membranes was further investigated by using fluorescence and bioluminescence methods. Data showed that this molecule was able to potentiate the antibiotic activity by increasing its intracellular concentration (membranotrope activity and inhibition of efflux) but also causes inner membrane depolarization. Flagellar motility represents an important virulence factor which use PMF, and we showed a diminution of the motility's halo with our compound

L'augmentation et la dissémination de la résistance aux antibiotiques chez les bacilles à Gram-négatif, particulièrement les Entérobactéries, les bactéries du genre Pseudomonas et Acinetobacter, représentent un problème majeur de santé publique. Les infections nosocomiales causées par les bactéries multi-résistantes ont conduit non seulement à une augmentation de la mortalité, de la morbidité et du coût de traitement, mais aussi continuent à mettre en danger la vie des patients surtout immunodéprimés. L'utilisation abusive et non contrôlée des antibiotiques a grandement contribué à la large diffusion de la résistance aux antibiotiques. Cependant, des études récentes ont démontré que cette résistance pouvait émerger à partir de sources anciennes et/ou environnementales. Ainsi, face à cette préoccupation mondiale et suite à de nombreuses recommandations, plusieurs études épidémiologiques et moléculaires ont été rapportées afin de contrôler et surveiller la diffusion et la dissémination de la résistance aux antibiotiques. Il est cependant prioritaire de développer des nouveaux outils de surveillance de la résistance aux antibiotiques. C'est dans cette optique que ce projet de thèse s'articule avec comme objectifs :- Le développement et la mise en place de nouveaux outils et logiciels de surveillance et de diagnostic des bactéries multi-résistantes, - La réalisation des études d'épidémiologie moléculaire sur les isolats cliniques de bactéries multi-résistantes responsables d'épidémies
The increase and spread of multidrug-resistant (MDR) gram-negative bacteria especially Enterobacteriaceae, Pseudomonas, and Acinetobacter (E.P.A) species have become a major concern worldwide. The hospital-acquired infections caused by MDR bacteria have led not only to an increase in mortality, morbidity, and cost of treatment, but also continue to endanger the life of patients, especially those immunocompromised. Although, the frequent misuse of antibiotic drug has greatly contributed to worldwide dissemination of antibiotics resistance. Recent studies have shown that these resistance determinants could emerge from ancient or environmental sources. Front of this worldwide concern, and various recommendations, several epidemiological and molecular studies have been reported in order to control the spread and the dissemination of the antibiotic resistance. However, it is a priority to develop new tools for monitoring antibiotic resistance. Therefore, it is in this context that the project of this thesis was conducted with two essential objectives: -The development and implementation of news tools and software for monitoring and diagnosis of potential MDR bacteria. -The achievement of molecular epidemiology studies from clinical MDR bacteria responsible of outbreak