Mechanisms of regulation involved in resistance to antibiotics in Mycobacterium abscessus
Mécanismes de régulation impliqués dans la résistance aux antibiotiques chez Mycobacterium abscessus
Résumé
Mycobacterium abscessus is an environmental non-tuberculous mycobacteria causing severe
lung infections in cystic fibrosis patients. Its intrinsic resistance to antibiotics renders treatments
extremely challenging. This pathogen has developed a wide panel of strategies to resist to antibiotics,
including efflux pumps and target-modifying enzymes. Standard antibiotherapy combines an
-lactams (imipenem (IPM)) and macrolides (clarithromycin (CLR)
or azithromycin (AZM)). My thesis was focusing on the regulation of antibiotic resistance mechanisms
involving efflux pumps from the MmpL family as well as an enzyme modifying the macrolide target.
Selection of resistant mutants against thiacetazone derivatives (TACd) and clofazimine (CFZ) unraveled
mutations in the TetR regulators MAB_4384 and MAB_2299c, respectively. The CFZ-mutants, also coresistant
to bedaquiline (BDQ), overexpress two distinct MmpS/MmpL, MAB_135c/1134c and
MAB_2300/2301 while the TACd mutants overproduce the MAB_4383c/4382c efflux pump.
Biochemical, genetic and structural approaches confirmed their involvement in drug resistance
mechanisms. MAB_2299c could therefore represent a potential resistance marker to monitor in strains
isolated from patients under CFZ/BDQ therapy. The methyltransferase Erm(41) modifies the adenosine
2058 of the ribosomal 23S rRNA, protecting the ribosome from the macrolides. WhiB7 may represent
a major actor in inducible resistance, observed in 40% of clinical cases, often leading to treatment
failure. We confirmed the role of WhiB7 in this process and showed that inducible resistance occurred
also in vivo in the zebrafish model. Our data suggest that AZM is a stronger and faster resistance
inducer than CLR in vitro and that both drugs show antagonism with AMK, thus reducing drugs’
efficacy. This work enriched our knowledge regarding both MmpL-mediated and macrolides inducible
resistance mechanism against M. abscessus. It also provides new efficient tools to investigate the
function of proteins through a novel unmarked gene deletion approach and to rapidly assay new
antibiotics to counteract inducible macrolide resistance.
Mycobacterium abscessus est une bactérie environnementale non-tuberculeuse causant des
infections pulmonaires sévères chez les patients atteints de mucoviscidose. Sa résistance intrinsèque
aux antibiotiques rend les infections à M. abscessus extrêmement difficiles à traiter. Ses mécanismes
de résistance sont variés et incluent des pompes à efflux expulsant les antibiotiques ainsi que des
enzymes modifiant leurs cibles. La trithérapie standarde contre M. abscessus implique un
-lactamine (imipénème (IPM)) et un macrolide
(clarithromycine (CLR) ou azithromycine (AZM). Ma thèse a porté sur la régulation de nouveaux
mécanismes d’antibiorésistance via des pompes à efflux de la famille MmpL ainsi que sur une enzyme
modifiant la cible des macrolides. La sélection de mutants résistants aux dérivés du thiacétazone
(TACd) et à la clofazimine (CFZ) a permis d’identifier des mutations dans les régulateurs TetR
MAB_4384 et MAB_2299c, respectivement. Les mutants CFZ, également co-résistants à la bédaquiline
(BDQ), surexpriment deux MmpS/MmpL distincts, MAB_1135c/1134c et MAB_2300/2301 tandis que
les mutants TACd surproduisent le système MmpS/MmpL MAB_4383c/4382c. Des approches
biochimiques, génétiques et structurales ont confirmé le rôle de ces protéines dans la résistance à ces
composés et ont permis de disséquer le mode de régulation. Ainsi, MAB_2299c représenterait un
marqueur de résistance à exploiter chez des patients traités par CFZ ou BDQ. La méthyltransférase
Erm(41) modifie l’adénosine 2058 de l’ARNr 23S du ribosome, bloquant l’action des macrolides. WhiB7
serait l’activateur de cette résistance inductible observée chez 40% des isolats cliniques, conduisant
souvent à l’échec thérapeutique. Nous avons confirmé le rôle de WhiB7 dans ce mécanisme et montré
que la résistance inductible opérait in vivo chez le modèle zebrafish. Nos résultats indiquent que l’AZM
induit une résistance plus rapide et forte que la CLR in vitro et qu’elles exercent un effet antagoniste
sur l’AMK, réduisant l’efficacité du traitement. Ces travaux décrivent l’export d’antibiotique via des
MmpL et la résistance adaptative aux macrolides chez M. abscessus. Enfin, ils apportent des nouveaux
outils génétiques performants pour étudier la fonction de protéines d’intérêt via une nouvelle
technique de délétion génique et pour tester rapidement de nouveaux antibiotiques contournant la
résistance induite aux macrolides.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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