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Thèse Année : 2020

A human and animal nosocomial agent : study of the dynamics of antibiotic resistance gene transfer in Acinetobacter

Un agent nosocomial humain et animal : étude de la dynamique du transfert de gènes de résistance aux antibiotiques chez Acinetobacter

Résumé

In recent decades, the intensive use of antibiotics by humans has led to the emergence of multidrug-resistant (MDR) pathogenic bacteria such as Acinetobacter baumannii, which is responsible for nosocomial infections. In most of MDR clinical strains of this bacteria, the presence of large genomic resistance islands (RI), including the well-known AbaR islands, is correlated with their resistance feature. The recent global dissemination of strains carrying the resistance island vector of a resistance gene to carbapenems, a class of last resort antibiotics, illustrates the ease of circulation and fixation of these islands in bacterial populations. This phenomenon greatly relies on horizontal gene transfer mechanisms occurring in the Acinetobacter genus, including natural transformation. However, our understanding of this phenomenon is still limited. The objective of this work is thus to bring new elements for the study of the dynamics of antimicrobial resistance circulation in A. baumannii with a focus on resistance islands. We first develop experimental tools adapted to the study of MDR strains and isolates of A. baumannii with a selection-free method based on flow cytometry to detect transformation events in MDR clinical A. baumannii isolates and a versatile scarless genome editing strategy used to generate mutants cured from their RIs. Altogether our results show that regardless of their origin, most of the isolates displayed natural transformability, indicative of a conserved trait in the species, despite the insertion of a resistance islands in the comM gene involved in natural transformation. Then, using an experimental condition that mimic a bacterial community, we show that natural transformation allows an effective and rapid transfer of the carbapenems resistance genetic determinants between different Acinetobacter spp. Genetic analyses of transformants showed that natural transformation fostered the acquisition of large DNA fragments containing mobile genetic elements such transposons or large RIs. Finally, by combining empirical, ecological, and mathematical approaches, we explore the hypothesis that the fixation of RIs in A. baumannii populations is the result of a high selection pressure due to the continued use of antibiotics in hospital environments, and their interference with the intrinsic capacity of the bacterium to rid of these islands by recombination. Altogether, these results pave the way for an in-depth understanding of the ecological and evolutionary role of natural transformation regarding the propagation of antibiotic resistance in transformable pathogenic bacteria such as A. baumannii.
Au cours des dernières décennies, l'utilisation intensive d'antibiotiques par l'homme a conduit à l'émergence de bactéries pathogènes multirésistantes (MDR) telles qu’Acinetobacter baumannii, responsable d'infections nosocomiales. Chez la plupart des souches cliniques MDR de cette bactérie, la présence de grands îlots de résistance (RI), dont les plus connus sont appelés ilots AbaR, est corrélée au caractère MDR. La récente dissémination mondiale de souches porteuses d’un îlot de résistance vecteur d'un gène de résistance aux carbapénèmes, une classe d'antibiotiques de dernier recours, illustre la rapidité de circulation et de fixation de ces îlots dans les populations bactériennes. Ce phénomène repose en grande partie sur les mécanismes de transfert horizontal de gènes se produisant chez les Acinetobacter, y compris la transformation naturelle. Cependant, notre compréhension de ce phénomène est encore limitée. L'objectif de ce travail est donc d'apporter de nouveaux éléments pour l'étude de la dynamique de la circulation de la résistance aux antimicrobiens chez A. baumannii avec un focus particulier sur les îlots de résistance. Nous proposons tout d’abord des outils expérimentaux adaptés à l'étude des souches MDR d'A. baumannii, avec le développement d’une méthode sans sélection basée sur la cytométrie en flux permettant de détecter les événements de transformation chez les isolats cliniques MDR, ainsi qu’une stratégie d'édition du génome utilisée afin de générer des mutants délétés de leurs RI. Dans l'ensemble, nos résultats montrent que quelle que soit leur origine, la plupart des isolats sont capable de transformation naturelle, malgré l'insertion d'un îlot de résistance dans le gène comM impliqué dans la transformation naturelle. Nous démontrons ensuite que la transformation naturelle permet un transfert efficace et rapide des déterminants génétiques de la résistance aux carbapénèmes entre différentes espèces pathogènes d’Acinetobacter en utilisant des conditions expérimentales imitant une communauté bactérienne. Les analyses génétiques des transformants démontrent que ces transferts favorisent l'acquisition de grands fragments d'ADN contenant des éléments génétiques mobiles tels que des transposons ou de grands RIs. Enfin, en combinant des approches empiriques, écologiques et mathématiques, nous explorons l'hypothèse que la fixation des RI dans les populations d'A. baumannii est le résultat d'une pression de sélection due à l'utilisation d'antibiotiques en milieu hospitalier, et à l’interférence des Ris avec la capacité intrinsèque de la bactérie à réaliser la transformation. Dans l'ensemble, ces travaux ouvrent la voie à une compréhension approfondie du rôle écologique et évolutif de la transformation naturelle dans la propagation de la résistance aux antibiotiques chez les bactéries pathogènes transformables telles que A. baumannii.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03613284 , version 1 (18-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03613284 , version 1

Citer

Anne-Sophie Godeux. Un agent nosocomial humain et animal : étude de la dynamique du transfert de gènes de résistance aux antibiotiques chez Acinetobacter. Microbiologie et Parasitologie. Université de Lyon, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LYSE1296⟩. ⟨tel-03613284⟩
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