Soutenance de thèse de Mouna HAMEL

La colistine est un antibiotique de dernière ligne utilisée contre les bactéries à Gram-négatif multi-résistantes et dont l'augmentation récente de la résistance à cet antibiotique est préoccupante. Bien que de nombreux mécanismes aient été élucidés, les mécanismes qui sous-tendent cette résistance sont jusqu’à présent largement incompris. Le développement d’approches et de technologies innovantes a ouvert une nouvelle ère dans la compréhension des mécanismes d’action et de résistance à la colistine. L’objectif de cette thèse était d’utiliser ces technologies innovantes afin d’identifier et de caractériser de nouveaux gènes et voies de régulation liées à la résistance à la colistine. La première partie de cette thèse a été consacrée à retracer l'histoire de la colistine et les méthodes utilisées pour découvrir ses principaux mécanismes d’action et de résistance. Nous avons également développé les techniques les plus récentes dans ce domaine et discuté du potentiel des nouvelles technologies dans la découverte de nouveaux mécanismes de résistance à la colistine. Dans une seconde partie, nous avons étudié l’épidémiologie moléculaire de la résistance à la colistine de souches cliniques de Klebsiella pneumoniae dans deux contextes différents, en Grèce, où la consommation et la résistance à la colistine sont élevées, nous avons démontré que la résistance à la colistine est endémique et multiclonale, favorisée par la pression de sélection. Les mécanismes médiant cette résistance sont principalement d'origine chromosomique due à l'inactivation du gène régulateur mgrB par des séquences d'insertion. Par ailleurs, en France, où la consommation et la résistance à la colistine restent faibles, nous rapportons l'émergence et la sélection d'un clone de K. pneumoniae résistant aux carbapénèmes, appartenant au ST307, résistant à la colistine. Enfin, dans une troisième partie, notre travail s’est focalisé sur le développement et la mise au point de technologies innovantes telles que la mutagénèse aléatoire et la génomique fonctionnelle associées au séquençage à haut débit pour étudier les mécanismes de résistance à la colistine chez des souches présentant un phénotype de résistance atypique, ainsi, nous avons révélé les rôles importants de plusieurs voies métaboliques dans la résistance à la colistine et nous avons illustré la complexité des mécanismes de résistance à la colistine et leur rapport avec la survie dans des environnements difficiles. Nos travaux montrent la nécessité de la mise en place de systèmes de surveillance pour détecter de nouveaux clones résistants susceptibles de se propager dans la population humaine, et montrent la nécessité du développement des nouvelles technologies évoquées tout au long de la thèse pour une meilleure compréhension de l'émergence de la résistance à la colistine. Mots clés : Colistine, Klebsiella pneumoniae, clones, technologies innovantes, résistance atypique, voies métaboliques.

Colistin is a last-line antimicrobial used against multi-resistant Gram-negative bacteria and the recent increase in resistance is of concern. While many underlying mechanisms have been elucidated, so far, the mechanisms underlying this resistance are largely poorly understood. The development of innovative approaches and technologies has initiated a new era in the comprehension of the mechanisms of action and resistance to colistin. The objectives of this thesis consisted in the use of these innovative technologies to identify and to characterize new genes and regulatory pathways associated with colistin resistance. In the first part of this thesis, the history of colistin and the methods used to discover its main mechanisms of action and resistance were outlined. We have also developed the latest technologies used in this field and discussed the potential of these new technologies in the discovery of new mechanisms of resistance to colistin. In a second part, we studied the molecular epidemiology of colistin resistance in the clinical strains of Klebsiella pneumoniae within two different contexts, in Greece, where colistin consumption and resistance are both high we demonstrated that colistin resistance is endemic and multiclonal, enhanced by the selection pressure. The mechanisms mediating this resistance are mainly of chromosomal origin due to the inactivation of the mgrB regulatory gene by insertion sequences. Meanwhile, in France, where consumption and colistin resistance remain low, we report the emergence and the selection of a carbapenem-resistant K. pneumoniae clone, ST307, resistant to colistin. Finally, in a third part, our work focused on the development of innovative technologies such as random mutagenesis and functional genomics combined with high-throughput sequencing to investigate the colistin resistance mechanisms of strains showing an atypical resistance pattern, thus, we highlight the important involvement of several metabolic pathways in colistin resistance and we illustrated the complexity of colistin resistance mechanisms and their association with survival in harsh environments. Our work shows the requirement for the implementation of surveillance systems to detect new resistant clones likely to spread in the human population and shows the necessity of the development of new technologies outlined throughout the thesis for further comprehension of the emergence of colistin resistance. Keywords : Colistin, Klebsiella pneumoniae, clones, innovative technologies, atypical resistance, metabolic pathways.