Recherche fondamentale en infectiologie

Dr Karl Perron Genève		Olivier Caille Genève		Dr Thilo Köhler Genève

Résumé
Pseudomonas aeruginosa est une bactérie ubiquitaire présente dans des environnements aussi variés que le sol, l’eau ou l’être humain. Cette bactérie commune de notre environnement peut, en certaines circonstances, devenir un redoutable pathogène causant de sévères infections tant au niveau du système respiratoire qu’au niveau du tractus urinaire. Elle cause fréquemment des problèmes en milieu hospitalier notamment chez les sujets immunodéprimés et les patients atteints de mucoviscidose. La faible perméabilité de sa membrane ainsi que la présence de nombreux systèmes d’efflux capable d’expulser des composés toxiques confèrent à P. aeruginosa une grande résistance intrinsèque vis-à-vis des antibiotiques et des métaux lourds.
Un des systèmes d’efflux, dénommé CzcCBA permet à P. aeruginosa d’expulser le zinc, le cadmium et le cobalt hors de la cellule. L’expression de cette pompe peut être fortement accrue par une faible exposition des bactéries aux métaux lourds. Nous avons remarqué qu’une fois cette pompe induite par le zinc, le cadmium ou le cobalt, les bactéries devenaient résistantes aux antibiotiques de la famille des carbapenèmes (imipenème, méropenème). Nous avons poussé nos investigations de manière à comprendre le mécanisme gouvernant ces deux types de résistances.
Chez P. aeruginosa, la résistance aux carbapenèmes résulte principalement de mutations affectant l’expression de la porine OprD, porte d’entrée dans la cellule des acides aminés basiques mais également des antibiotiques de la famille des carbapenèmes. Après exposition des cellules à de faibles concentrations en zinc, en cobalt ou en cadmium, la protéine OprD n’est plus détectable, expliquant la résistance à l’imipenème observée.
Existe-t-il un mécanisme commun régulant ces deux résistances ? Pour répondre à cette question, des mutants spontanés résistant de manière constitutive aux métaux lourds, ont été sélectionnés sur haute concentration en zinc. Toutes les souches analysées possèdent une résistance double : aux métaux et à l’imipenème. L’analyse par RT-PCR quantitative montre que ces mutants surexpriment le système d’efflux CzcCBA et qu’en même temps ils sont affectés dans l’expression d’OprD, même en absence de zinc. L’expérience réciproque a été effectuée en cherchant cette fois des mutants résistant à l’imipenène. Deux groupes de mutants ont alors été identifiés. Ceux du premier groupe (80% des souches) montrent une résistance unique à l’imipenème, alors que ceux du deuxième groupe (20% des souches) possèdent la double résistance : à l’imipenème et aux métaux. Le fait que des mutants, sélectionnés indépendamment sur zinc ou sur imipenème, possèdent une résistance croisée suggère l’existence d’un mécanisme de régulation commun entre OprD et CzcCBA.
Le système d’efflux CzcCBA est sous la dépendance d’un système de régulation à deux composants constitué d’un régulateur (CzcR) et d’un senseur (CzcS) capable de réagir aux concentrations élevées de métal. Par RT-PCR quantitative, aussi bien le système d’efflux CzcCBA que le système à deux composants CzcR-CzcS montrent une forte expression suite à une exposition aux métaux dans des souches type sauvage ou de manière constitutive chez les mutants isolés. L’analyse par séquençage des mutants, résistant de manière constitutive à la fois à l’imipenème et aux métaux a permis de découvrir une mutation, identique dans tous les mutants analysés. Cette mutation est localisée dans la protéine CzcS et semble lui conférer un état toujours actif, induisant une surexpression permanente du système d’efflux CzcCBA. La surexpression de CzcS muté dans une souche type sauvage sensible permet d’induire la résistance aux métaux et à l’imipenème. Ces résultats suggèrent donc une co-régulation entre le système d’efflux des métaux lourds et le système d’import de l’imipenème.
Le zinc est un élément utilisé comme catalyseur pour la fabrication de certains cathéters urinaires. Nous avons mesuré et démontré que le zinc, relâché dans l’urine par ces cathéters se trouvait en concentration suffisante pour induire la résistance de P. aeruginosa aux carbapenèmes, dévoilant ainsi les aspects cliniques importants de cette co-régulation.

Importance de l’ouvrage
Les résultats de ce travail aboutissent à d’importantes implications au niveau du diagnostic médical, des soins cliniques et de la santé publique. Premièrement, cette co-régulation permet de donner une explication biologique de l’interférence du zinc dans la détermination de la résistance à l’imipenème chez P. aeruginosa. Ensuite, ces expériences montrent que le zinc utilisé dans la production de certains cathéters urinaires en latex est relâché dans l’urine à une concentration suffisante pour induire la résistance à l’imipenème et donc compromettre le traitement d’infections urinaires à P. aeruginosa. En revanche, aucune trace de zinc n’a été détectée dans l’urine provenant des cathéters en polychlorure de vinyle (PVC). Le choix des cathéters urinaires doit donc être fait en tenant compte d’une éventuelle colonisation et infection à P. aeruginosa. Enfin, des mutants constitutifs résistants à l’imipenème peuvent être obtenus spontanément sur milieu contenant du zinc. La seule présence de ce métal, relâché de certains cathéters ou présent dans des environnements contaminés, comme des sols ou des rivières, pourrait donc induire des mutants de P. aeruginosa résistant à l’imipenème en absence de tout contact avec cet antibiotique.

Perron K, Caille O, Rossier C, van Delden C, Dumas JL, Köhler T. J Biol Chem. CzcR-CzcS, a two-component system involved in heavy metal and carbapenem resistance in Pseudomonas aeruginosa. 2004. 279: 8761-8768

Résumé du travail primé
CzcR-CzcS, un système à deux composants impliqué dans la résistance des infections à Pseudomonas aeruginosa aux métaux lourds et aux carbapénèmes	11 Kb