Soutenance de thèse de VO Huynh Ngoc Tram
Titre de thèse
Mécanismes d'acquisition des gènes de résistance aux antimicrobiens chez les bactéries
Mechanisms of acquisition of antimicrobial resistance genes in bacteria
Résumé de la thèse
La résistance aux antimicrobiens constitue aujourd'hui un défi majeur de santé publique à l'échelle mondiale. La dissémination des gènes de résistance est fortement liée à la présence d‘éléments
génétiques mobiles (MGEs), tels que les plasmides et les transposons. Ces vecteurs génétiques
favorisent le transfert horizontal des gènes de résistance, même entre des bactéries phylogénétiquement
très divergentes et leur propagation dans divers environnements, contribuant ainsi à l'expansion globale du phénomène. L'objectif de cette thèse était d'étudier les mécanismes d'acquisition, de dissémination et de stabilisation des gènes de résistance, en mettant particulièrement l'accent sur le rôle des MGEs chez les
bactéries. L'approche consiste en une analyse in silico à grande échelle des génomes bactériens, combinant l'annotation fonctionnelle, la détection des gènes de résistance et des MGEs, ainsi que la
génomique comparative.
Dans un premier temps, nous avons effectué une revue de la littérature sur les connaissances actuelles concernant les MGEs impliqués dans la résistance à la vancomycine, en soulignant le rôle
central des plasmides et des transposons dans la propagation mondiale des opérons van. Ensuite, nous
avons étudié l'acquisition de l'opéron vanA chez Staphylococcus aureus et Enterococcus spp.,
démontrant que l'intégration chromosomique de l'opéron vanA, médiée par la recombinaison homologue ou par des éléments d'insertion, correspond à un événement fréquemment observé et
conservé au cours de l'évolution. L'analyse de la résistance chez les bactéries Gram négatives a permis l'identification d'un nouveau transposon composite, le Tn7722, porteur du gène blaNDM-1 ainsi que
d'autres gènes de résistance. Ce transposon illustre l'aptitude de ces MGEs à former des structures génétiques intrinsèquement hautement mobiles, surpassant les plasmides en matière de mobilité
horizontale et de stabilité s'ils s'intègrent dans le chromosome. Enfin, la caractérisation des gènes mfmAB suggère que les bactéries seraient impliquées dans la dégradation de la metformine, un médicament largement utilisé en thérapie antidiabétique. La localisation de ces gènes au sein d'éléments transposables, pouvant être impliqués dans la résistance aux antibiotiques, met en évidence la convergence entre la résistance antimicrobienne et le métabolisme de polluants pharmaceutiques, soutenant ainsi la proposition du concept de “PharmacoMicrobioResistance”.
Dans l'ensemble, ces travaux montrent que les MGEs sont des vecteurs de transfert essentiels pouvant assurer la stabilité des gènes de résistance aux antimicrobiens dans les populations bactériennes. Ils facilitent la propagation des gènes de résistance dans les hôpitaux, chez les animaux et dans les environnements naturels, soulignant, dans une perspective One Health, l'importance d'étudier et de
surveiller les MGEs et leurs réservoirs environnementaux pour contrôler la diffusion des résistances.
Nous avons montré que les MGEs peuvent favoriser simultanément la résistance aux antibiotiques et la tolérance aux polluants pharmaceutiques, soulignant l'importance de considérer toutes les pressions
sélectives, y compris non antibiotiques, pour gérer efficacement le résistome.
Thesis resume
Antimicrobial resistance is now a major global public health challenge. The spread of resistance genes is strongly linked to the presence of mobile genetic elements (MGEs), such as plasmids and transposons. These genetic vectors promote the horizontal transfer of resistance genes, even between phylogenetically highly divergent bacteria, and their spread in diverse environments, thus contributing to the global expansion of the phenomenon.
The objective of this thesis was to study the mechanisms of acquisition, dissemination, and stabilization of resistance genes, with a particular focus on the role of MGEs in bacteria. The approach consists of a large-scale in silico analysis of bacterial genomes, combining functional annotation, detection of resistance genes and MGEs, and comparative genomics.
First, we conducted a literature review on current knowledge regarding MGEs involved in
vancomycin resistance, highlighting the central role of plasmids and transposons in the global spread of van operons. Next, we studied the acquisition of the vanA operon in Staphylococcus aureus and
Enterococcus spp., demonstrating that chromosomal integration of the vanA operon, mediated by
homologous recombination or by insertion elements, corresponds to a frequently observed and
evolutionarily conserved event. Analysis of resistance in Gram-negative bacteria has led to the
identification of a novel composite transposon, Tn7722, carrying the blaNDM-1 gene and other resistance genes. This transposon illustrates the ability of these MGEs to form intrinsically highly mobile
genetic structures, surpassing plasmids in terms of horizontal mobility and stability if integrated into the
chromosome. Finally, the characterization of mfmAB genes suggests that bacteria may be involved in
the degradation of metformin, a drug widely used in antidiabetic therapy. The localization of these genes within transposable elements that are involved in transfer of antibiotic resistance genes, highlights the convergence between antimicrobial resistance and the metabolism of pharmaceutical pollutants, thus
supporting the proposal of the concept of “PharmacoMicrobioResistance”.
Overall, this work shows that MGEs are essential transfer vectors that can ensure the stability of antimicrobial resistance genes in bacterial populations. They facilitate the spread of resistance genes in
hospitals, animals, and natural environments, highlighting, from a One Health perspective, the importance of studying and monitoring MGEs and their environmental reservoirs to control the spread of resistance. We have shown that MGEs can simultaneously promote antibiotic resistance and tolerance
to pharmaceutical pollutants, highlighting the importance of considering all selective pressures, including non-antibiotic ones, for effective management of the resistome.