Importance of coagulase-negative staphylococci in severe primitive infections : research of novel virulence factors
Importance des staphylocoques à coagulase négative dans les infections primitives sévères : recherche de nouveaux facteurs de virulence
Résumé
Coagulase-negative staphylococci (CNS) are generally considered as opportunistic pathogens with low virulence. However, previous studies have reported pathogenicity of some strains similar to that observed in S. aureus. This thesis aims to contribute to the importance of SCN in severe primitive infections. First, we evaluated the pathogenic potential of clinical CNS strains in Benin. To achieve this objective, CNS associated with various severe clinical infections were collected over at the Hubert Koutoukou Maga National Hospital and University Center in Cotonou. These strains are identified as well as their susceptibility to antibiotics and their ability to produce virulence factors. This part of the study showed that the most involved species in Benin are: S. haemolyticus and S. epidermidis followed by other species such as S. cohnii, S. sciuri, S. arlettae, S. capitis. We also demonstrated the multi-resistance of strains to antibiotics, as well as the presence of potential virulence factors such as protease, esterase, hemolysin, leukotoxin and, enterotoxin Staphylococcal C in 44% of strains tested particularly in hospital strains isolated from blood cultures. We, then, characterized a new virulence factor identified in two strains of S. epidermidis: staphylococcal enterotoxin C called SECepi, which was secreted at ~100 μg/mL in bacterial culture supernatants. The secepi gene consists of 801 bp corresponding to 266 amino acids. On the basis of the comparison between the peptide chain of SECepi and the already known peptide sequences of the SEC, we found that SECepi is close to SEC3 of S. aureus Mu3 strain with three amino acids substitutions in the signal peptide and nine amino acid substitutions in the mature protein. However, most residues involved in formation of the tri-molecular complex CMH-SEC-TCR are conserved in SECepi. Analysis of the recombinant protein (rSECepi) revealed antigenic relationships and a strong structural homology is predicted with SECaureus. Moreover, this toxin exhibits the biological activities characteristic of a SAg including the stimulation of the mitogenicity and the concomitant production of high doses of pro-inflammatory and suppressive cytokines in activated human T lymphocytes. Moreover, SECepi is resistant to heating at 100 °C and digestion by gastrointestinal enzymes such as pepsin and trypsin. These results provide evidence that SECepi can act as a superantigen in humans although the wild type has several mutations in S. epidermidis. The study of the medical record of one of the patients showed that the enterotoxin produced by the strain of S. epidermidis might be at the origin of severity of the clinics presented at hospital admission. Finally, genomic analysis of the two toxigenic S. epidermidis strains confirms the varied possibilities of genetic exchange between this species and S. aureus. This thesis underscores the importance of monitoring CNS infections in humans because some strains, like S. aureus, produce virulence factors that can aggravate the overall host condition.
Les staphylocoques à coagulase négative (SCN) sont généralement considérés comme des pathogènes opportunistes à faible virulence. Cependant, des études antérieures ont rapporté une pathogénicité de certaines souches similaire à celle observée chez S. aureus ce qui laisse supposer l’expression de facteurs de virulence. Cette thèse vise à contribuer à l’importance des SCN dans les infections primitives sévères. Nous avons évalué le potentiel pathogène de souches cliniques de SCN au Bénin. Pour atteindre cet objectif, des SCN associés à diverses infections cliniques sévères ont été collectés sur une période de 10 mois au Centre National Hospitalier et Universitaire Hubert Koutoukou Maga à Cotonou. Ces souches sont identifiées d’abord par la galerie API® Staph, puis par la spectrométrie de masse MALDI-TOF et analysées pour leur susceptibilité aux antibiotiques et leur capacité à produire des facteurs de virulence. Cette partie de l’étude a montré que les espèces les plus impliquées dans les infections à SCN au Bénin sont : S. haemolyticus et S. epidermidis suivi d’autres espèces comme S. cohnii, S. sciuri, S. arlettae, S. capitis. Nous avons aussi apporté la preuve de la multi-résistance des souches aux antibiotiques, ainsi que de la présence d’au moins un, voire plusieurs facteurs de virulence tels que la protéase, l’estérase, l’hémolysine, la leucotoxine et l’entérotoxine staphylococcique C chez 44% des souches testées particulièrement dans les souches hospitalières isolées d’hémocultures. Ensuite, nous avons caractérisé un nouveau facteur de virulence identifié chez deux souches de S. epidermidis : l’entérotoxine staphylococcique C nommée SECepi qui a été dosée à environ 100 µg/mL dans les surnageants de culture bactérienne. Le gène secepi est constitué de 801 pb correspondant à 266 acides aminés. Sur la base des résultats de la comparaison d'homologie entre la chaîne peptidique de SECepi et les séquences déjà connues, nous avons constaté que SECepi est proche de SEC3 de la souche de S. aureus Mu3, avec trois substitutions d'acides aminés dans le peptide signal et neuf substitutions d'acides aminés dans la protéine mature. Cependant, plusieurs résidus qui sont impliqués dans la formation du complexe trimoléculaire CMH-SEC-TCR sont conservés dans SECepi. L’analyse de la protéine recombinante (rSECepi) révèle une parenté antigénique et une forte homologie structurale prédite avec SECaureus. De plus, cette toxine présente les activités biologiques caractéristiques d'un superantigène (SAg) incluant la stimulation de la mitogénicité et de la production concomitante de fortes doses de cytokines pro-inflammatoires et suppressives chez des lymphocytes T humains activés. Par ailleurs, SECepi résiste assez bien au chauffage à 100°C et à la digestion par les enzymes gastro-intestinales telles que la pepsine et la trypsine. Ces résultats fournissent la preuve que SECepi peut agir comme un superantigène chez l'hôte humain bien que le type sauvage comporte plusieurs mutations chez S. epidermidis. L’étude du dossier médical de l’un des patients a montré que l’entérotoxine produite par la souche de S. epidermidis a bien pu être à l’origine d’éléments de gravité du tableau clinique présenté par ce dernier à son admission en hospitalisation. Enfin, l’analyse génomique des deux souches toxinogènes de S. epidermidis, ainsi que leur aptitude à former du biofilm, confirment les possibilités variées d’échanges génétiques entre cette espèce et S. aureus. Cette thèse souligne l'importance de la surveillance des infections à SCN chez l’homme parce que certaines souches, à l’instar de S. aureus, produisent des facteurs de virulence pouvant aggraver l’état générale l’hôte.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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