UPThèses

Legionella pneumophila, l'agent responsable d'une pneumonie sévère atypique chez l'homme, appelée maladie du légionnaire, est ubiquitaire dans les environnements aquatiques. Les traitements généralement appliqués dans les réseaux d'eau afin d'éradiquer cette bactérie sont souvent suivis d'une recolonisation rapide de cette bactérie. Un des facteurs pouvant expliquer cette recolonisation peut être l'état Viable Non Cultivable (VBNC).L'objectif de nos travaux a été d'étudier la survie de L.pneumophila après des traitements oxydant et thermique et notamment d'étudier l'état VBNC. Dans un premier temps nous avons réalisé un traitement monochloramine et un traitement thermique sur une suspension de légionelles. Nous avons observé que le traitement par 20 mg/L de monochloramine ainsi que celui à 57,5°C, conduisaient à la formation de VBNC chez L. pneumophila. De plus ces bactéries peuvent persister dans cet état pendant au moins 169 jours après traitement.Dans un second temps, une étude partielle des protéines exprimées à l'état VBNC a été menée. Nous avons montré que l'expression de plusieurs protéines, impliquées dans les voies de production d'énergie, de synthèse protéique et dans la virulence, était augmentée d'un facteur supérieur ou égale à deux par comparaison avec des bactéries ayant subies un stress monochloramine ou une carence en nutriments.Dans un troisième temps, la recherche d'un facteur de ressuscitation Rpf a été entreprise chez L. pneumophila. Un gène Rpf-like, possédant 33% d'identité et 51% de similarité avec celui de Salmonella, a été découvert. Ce gène a été cloné mais la protéine recombinante obtenue n'a pas conduit à un retour à la cultivabilité des cellules.

Legionella est la bactérie à Gram négatif identifiée dans les épidémies de légionellose liées à la contamination des réseaux d'eau chaude et des tours aéroréfrigérantes. En France, où la maladie est soumise à déclaration obligatoire depuis 1987, plus un millier de cas sont recensés par an parmi lesquels 10 % s'avèrent mortels. Associée à un consortium des cellules microbiennes, Legionella se trouve attachée aux surfaces dans une matrice de polymères organiques et minéraux appelée biofilm. Dans cette structure, elle devient plus résistante aux procédés de désinfection que lorsqu'elle est sous forme libre. C'est dans ce contexte qu'ont été définis les objectifs de ce travail qui s'est articulé autour trois volets principaux : (1) le développement d'un outil analytique permettant l'étude de la dynamique des populations microbiennes dans l'eau et dans le biofilm d'un réseau d'eau chaude après différents traitements anti-Legionella, (2) le suivi de l'évolution de la flore totale procaryote et de Legionella en particulier dans l'eau et le biofilm après un traitement par choc thermique (70 °C pendant 30 minutes) et par un traitement chimique (biocide combiné à un biodispersant) et (3) la caractérisation de la diversité de Legionella dans le biofilm en relation avec la dynamique de la structure microbienne (bactérie et eucaryotes) du biofilm après ces deux traitements. Un pilote à l'échelle 1 constitué de deux boucles d'eau chaude similaires (boucles témoin et test) a été développé et contaminé par un biofilm naturel de Legionella. Les deux traitements testés (thermique et chimique) ont eu un effet transitoire. Un retour aux concentrations initiales en Legionella cultivables dans l'eau et dans le biofilm a été observé une semaine après l'application des traitements. Pour une des premières fois dans ce type d'études, l'utilisation de méthodes moléculaires de pointe (séquençage, SSCP) ont permis d'identifier la diversité de Legionella (cinq espèces dont quatre sont des pathogènes opportunistes) dans le biofilm des réseaux d'eau chaude et de caractériser la flore microbienne qui accompagne Legionella dans cette matrice (protéobactéries, amibes, flagellés, champignons, alvéolates). Ce travail apporte ainsi des éléments novateurs en termes d'outils permettant de tester les traitements anti- Legionella, de méthodes analytiques et de connaissance sur le consortium microbien qui accompagne Legionella dans le biofilm.

Une souche de Staphylococcus warneri, possédant une activité anti-Legionella, a été décrite par notre équipe en 2005. Cette souche produit plusieurs peptides, dont l'un a fait l'objet d'un dépôt de brevet en 2006 pour son activité anti-Legionella, sous le nom de warnéricine RK. Deux autres peptides actifs, nommés δ-hémolysine I et II, sont des hémolysines produites par de nombreuses espèces de Staphylococcus, sans activité connue contre les bactéries. Ces trois peptides possèdent un spectre d'activité antimicrobien restreint au genre Legionella. Afin de comprendre cette spécificité d'action, l'objectif de cette étude a été de déterminer les propriétés biologiques et le mécanisme d'action de la warnéricine RK. Dans la première partie de ce travail, l'étude de l'activité de la warnéricine RK et de la δ-hémolysine I a montré que leur spectre d'activité est restreint au genre Legionella et à Bacillus megaterium. Les deux peptides ont des activités biologiques et des caractéristiques structurales similaires, ce qui laisse penser qu'ils possèdent un mécanisme d'action semblable. La seconde partie de ce travail a consisté en l'étude du mécanisme d'action de la warnéricine RK. L'approche utilisée a été d'analyser l'activité du peptide sur des membranes artificielles et naturelles. Les résultats ont permis de mettre en évidence que la warnéricine RK est capable de perméabiliser ces membranes en formant des canaux de taille variable. L'analyse de la structure tridimensionnelle par résonnance magnétique nucléaire a permis de montrer que la warnéricine RK, à l'image de la δ-hémolysine, adopte une structure en hélice α amphiphile au contact des membranes. L'ensemble des données obtenues sont en accord avec un mode d'action detergent-like, comme proposé dans la littérature pour la δ-hémolysine.Dans la dernière partie de ce travail, une souche de L. pneumophila résistante à l'action de la warnéricine RK a été isolée par pression de sélection. Les travaux menés ont permis d'étudier l'impact des modifications de l'enveloppe de L. pneumophila (sauvage vs résistant) sur l'action de la warnéricine RK et, plus particulièrement, celles des lipides membranaires. Les travaux ont montré que les bactéries résistantes à l'action du peptide sont enrichies en acides gras à chaîne courte et en acides gras branchés. Ces caractéristiques sont corrélées à une fluidité membranaire plus importante. L'ensemble des résultats obtenus a permis de montrer l'action de perméabilisation membranaire de la warnéricine RK sur L. pneumophila. Même si la forte sensibilité de Legionella reste encore mal comprise, il semble que celle-ci soit, en partie, due à une composition particulière de sa membrane.

Les amibes sont des pathogènes opportunistes vivant dans des milieux naturels et artificiels. Elles jouent le rôle de réservoirs et de vecteurs de bactéries pathogènes comme Legionella. Elles présentent donc une réelle menace pour la santé publique. De plus, il y a peu d'informations sur le mode d'action des biocides utilisés dans la désinfection des amibes. Ainsi, l'objectif de ce travail a été de comparer la réponse cellulaire d'Acanthamoeba castellanii au chlore (Cl2), au dioxyde de chlore (Cl2) et à la monochloramine (NH.Cl). La mesure de cultivabilitépar la méthode du Nombre le Plus Probable montre que NH2Cl est de 15 à 30 fois moins efficace que Cl2 et ClO2 pour atteindre 99,9% d'inactivation. L'analyse de la perméabilité et de la morphologie cellulaire par cytométrie après marquage de l'IP et au Syto9 montre que Cl2 induit la perméabilisation et la diminution de la taille. Mais les changements avec le ClO2 et le NH2Cl varient selon les doses. La microscopie confocale et électronique a permis d'observer une désorganisation de l'actine et des changements cytoplasmiques. Enfin l'analyse des antioxydants a montré que les biocides affectent différemment le système de défense contre le stress oxydant. Les résultats montrent que ces biocides ont des effets très différents sur A. castellanii et que les cellules exhibent diverses réponses cellulaires et antioxydantes. Ce travail est une base pour une meilleure compréhension du mécanisme d'action de ces biocides et fournir des informations pour améliorer leur utilisation dans l'eau.

La mucoviscidose est la maladie génétique grave à transmission autosomique récessive la plus fréquente dans les populations d'origine européenne. Cette pathologie est due au dysfonctionnement de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator), canal chlorure présent à la membrane apicale des cellules épithéliales. La gravité de la pathologie dépend de la ou des mutations du gène CFTR. L'objectif de nos travaux est de comprendre l'impact des mutations du gène CFTR afin d'établir un conseil génétique avisé. Pour cela, nous avons dans un premier temps déterminé quelles sont les mutations présentes sur l'exon 9 du gène. A cause de la présence de copies de cette région, nous avons établi de nouvelles conditions expérimentales pour étudier exclusivement le gène, et ainsi deux pseudomutations ont été détectées. Dans un second temps, nous avons étudié trois allèles complexes contenant des mutations fréquentes de CFTR (D443Y, G576A, R668C) et une mutation rare, G149R. In vitro nous avons mis en évidence l'effet délétère de G149R seule ou en complexe, et la diminution de la quantité de la protéine mature lorsque les autres allèles complexes sont présents. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons mis en place au laboratoire les techniques d'étude de l'épissage. Pour cela, nous avons construit un minigène hybride qui nous permet de définir le rôle exact des substitutions nucléotidiques sur l'épissage alternatif. Les résultats obtenus à partir de ces trois études nous ont permis de mieux comprendre l'impact des mutations étudiées et ainsi d'émettre un diagnostic moléculaire documenté.

Nous avons étudié l'impact des différents facteurs environnementaux tel que la présence de matières minérales ou organiques sur le comportement de L. pneumophila dans le milieu hydrique. Nous n'avons pas observé d'influence importante de la présence des matières minérales ou organiques sur la survie des légionelles dans l'eau. Cependant, la présence de matières minérales, notamment le calcium, favorise l'adhérence de L. pneumophila aux surfaces. Nous observons que le maintien de la bactérie dans une solution de chlorure de calcium, par rapport à de l'eau distillée, provoque des modifications du profil protéique. Nous avons également étudié l'impact du passage de Legionella à travers Tetrahymena tropicalis, un cilié d'eau douce isolé dans les mêmes niches écologiques de Legionella. Le travail réalisé montre que les légionelles post-Tetrahymena deviennent plus résistantes à différentes conditions de stress (antibiotiques, carence nutritionelle) et plus infectieuses pour les pneumocytes humains par rapport à des légionelles cultivées en phase stationnaire. L'impact important que semble jouer ces protozoaires sur le risque légionelle devrait donc être pris en compte et la relation légionelles-Tétrahymena être étudiée de façon plus intensive. Nous avons également évalué l'infectiosité de différents phénotypes de L. pneumophila sur cellules humaines (macraphages, pneumocytes) et sur modèle murin (souris A/J, expérimentations réalisées dans l'Unité INSERM U151 sous la direction du Dr Florence Ader), en utilisant des bactéries ayant séjournées dans l'eau distillée ou dans l'eau minérale et des bactéries post-amibies, répliquées dans l'amibe Acanthamoeba castellanii...

L'objectif de mon travail a consisté à identifier puis étudier des peptides anti-Legionella produits par divers Staphylococcus. La première partie a consisté à cribler une collection de Staphylococcus pour sélectionner les souches actives contre Legionella, puis de purifier et d'identifier les peptides actifs. 12 peptides ont été caractérisés et leurs activités anti-Legionella et hémolytique déterminées. Ceci a permis de les classer en deux groupes. Le groupe 1, représenté par la WRK de S. warneri, correspond aux peptides bactéricides et très hémolytiques. Le groupe 2, représenté par la PSMα de S. epidermidis, correspond aux peptides bactériostatiques et peu hémolytiques. Une étude structure-activité de la WRK et la PSMα a ensuite été réalisée pour identifier les motifs structuraux responsables des activités anti-Legionella et hémolytique. 23 peptides, modifiés à partir des séquences de la WRK et de la PSMα, ont été synthétisés et testés. Ceci a mis en évidence certains résidus dont la modification permet de moduler ces activités. Ainsi, la substitution d'une glycine par une lysine en position 14 de la PSMα permet d'obtenir un peptide bactéricide, comme la WRK, mais peu hémolytique, comme la PSMα. D'autre part, il est apparu que la présence de phosphatidylcholine au sein des membranes rend celles-ci plus sensibles aux peptides testés. Enfin, la dernière partie de ce travail a consisté en une étude complémentaire du mode d'action de la WRK. Son action sur les membranes de Legionella a été analysée par microscopie électronique et par résonnance magnétique nucléaire du ³¹P et du ²H. Enfin, une activité anti-cancéreuse de la WRK a été mise en évidence.

Le diabète de type 2 (DT2) représente un enjeu de santé publique au regard de ses complications, qui sont des maladies complexes, où interagissent des déterminants génétiques et environnementaux. L'objectif de ce travail était d'étudier ces déterminants dans trois populations indépendantes de patients DT2 en couplant études transversales (DIAB2NEPHROGENE) et longitudinales (SURDIAGENE et DIABHYCAR) totalisant 7767 sujets. Via une approche gène-candidat, nous avons focalisé nos recherches sur le système des peptides natriurétiques, le gène NPR3 (codant le récepteur de clairance aux peptides natriurétiques) et les apports sodés puis la voie métabolique des hormones sexuelles, le gène CYP19A1 (codant l’aromatase) et les concentrations de stéroïdes sexuels. Nous avons montré que l'allèle G du rs2270915 du NPR3 est un allèle de risque de pression artérielle (PA) plus élevée et de moindre sensibilité pressive à la réduction sodée qui ne confère pas d'augmentation significative de risque d'évènements cardiovasculaires (ECV) contrairement au rs6889608. Enfin, la survie sans ECV est significativement modulée par les apports en sel avec un risque de morbi-mortalité réduit chez les sujets diabétiques consommant le plus de sel malgré un niveau de PA plus élevé. Nous avons confirmé que le sexe masculin est un facteur de risque pour la néphropathie diabétique (ND) mais également pour la survenue d'ECV. Nous avons montré, chez les hommes, que des concentrations plus élevés d'oestradiol s'associent à une prévalence plus importante de ND mais ne se traduisent pas par une augmentation des événements rénaux ou cardiovasculaires. CYP19A1 n'est associé ni avec les niveaux d'oestradiol, ni avec la prévalence ou la sévérité de la ND. Deux SNP s'associent toutefois significativement avec la survenue d'insuffisance rénale chronique terminale. Au total, nous avons identifié dans 2 voies métaboliques distinctes des déterminants génétiques de complications du DT2 ainsi qu'une interaction gène-environnement.

L'environnement des stations thermales est favorable à la croissance des Legionella. La Tunisie compte de nombreux sites thermaux. Elle a par ailleurs développé une médecine traditionnelle à base de plantes. L'objectif de ce travail était de caractériser des souches de légionelles isolées de stations thermales et d'étudier le potentiel antimicrobien d'HE de plantes tunisiennes. 2 souches de L. londiniensis et 16 de L. pneumophila (sérovars 1, 4, 5, 6 et 8) ont été isolées de 3 stations thermales tunisiennes et avaient des pulsotypes différents de ceux de la base du CNRL. Les HE de 6 plantes tunisiennes ont été extraites, analysées (GC-MS) et testées contre L. pneumophila (8 souches, sérovars 1, 4, 5, 6 et 8). Les HE de Juniperus phoenicea L. (isobornéol 20,91% et 1S α-pinène 18,30%) et Thymus vulgaris (carvacrol 88,50%) étaient les plus actives (CMI <0,03 mg/mL et ≤0,07 mg/mL respectivement). L'activité de 20 HE (6 de plantes tunisiennes et 14 commerciales) a été évaluée contre 11 espèces bactériennes (6 Gram+, 5 Gram-) et 7 fongiques (4 levures, 3 filamenteux). L'HE de T. vulgaris tunisien était la plus active (Gram-: CMI ≤0,34 mg/mL ; Gram+: CMI ≤0,7 mg/mL ; levures: CMI ≤0,55 mg/mL ; moisissures: CMI=0,3 mg/mL ; dermatophytes: CMI ≤0,07 mg/mL). Elle a montré une activité très supérieure à celle de l'HE commerciale de T. vulgaris certainement due à sa composition différente. En conclusion, la présence de Legionella dans les sites étudiés doit encourager les autorités à renforcer les mesures préventives et l'efficacité antimicrobienne des HE, en particulier l'HE de T. vulgaris tunisien, suggère leur possible intérêt dans le traitement des eaux ou la conservation des aliments.

Legionella est une bactérie pathogène, ubiquitaire des environnements aqueux. L'utilisation des eaux de surface, par les centrales nucléaires, provoque un réchauffement de ces eaux, qui associé aux conditions de fonctionnement peut entraîner sa prolifération. Afin de limiter le développement de cette bactérie, en deçà des seuils réglementaires, EDF met en œuvre un traitement à la monochloramine dans ses circuits. Notre étude a eu pour but d’améliorer les connaissances sur les associations entre les légionelles et leur principal hôte : les amibes, et sur les facteurs susceptibles d’influencer leur sensibilité au traitement biocide. Nous avons, tout d’abord, mis en évidence la permissivité de 12 souches d’amibes à 2 souches de L. pneumophila. La température est apparue comme le paramètre le plus influant, la prolifération de Legionella semble favorisée à 40°C. Puis, nous avons cherché à développer un protocole pour séparer Legionella selon son état d’association. Ce protocole n’est pas abouti à l’heure actuelle. Finalement, nous avons comparé la sensibilité, de Legionella, dans différents états physiologiques et étudié l’impact de la qualité de l’eau et des MES. Les cellules post-amibes et dans une moindre mesure, les cellules en phases stationnaires sont les moins sensibles. L’effet de la matrice a été mis en évidence pour l’eau de Vienne, par contre la sensibilité n’a pas été modifiée suite à l’élimination ou l’enrichissement en MES. Cette étude constitue une base de connaissances nouvelles pour orienter les choix de gestion du traitement anti-Legionella à la monochloramine et d’exploitation des circuits.